《基於鞘氣約束的電紡直寫射流聚焦定位機制研究》是依託廈門大學，由鄭高峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於鞘氣約束的電紡直寫射流聚焦定位機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：鄭高峰
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電紡直寫被譽為最具潛力的射流噴印技術，受到了廣泛關注。實現射流鞭動約束和聚焦定位已成為電紡直寫套用研究的關鍵。項目引入鞘氣約束，利用鞘氣降低電紡直寫射流-介質相對運動速度、減少波動干擾，約束射流鞭動，實現高精度聚焦定位。項目將圍繞基於鞘氣約束的電紡直寫射流聚焦定位機制等一類基礎科學問題開展工作，主要研究內容：分析連續射流與鞘氣流場的相互作用，研究液氣界面粘滯力、應力、電荷密度、以及流體間相對運動速度的分布規律，獲得維持射流鞘氣層流穩定的條件；建立鞘氣約束電紡直寫射流動力學模型，分析射流噴印過程的電學、力學和運動行為特徵參數隨噴射時間及距離的變化規律；仿真最佳化鞘氣流場空間分布，改進鞘氣噴嘴結構開展實驗研究，獲得射流鞭動頻率、幅值、錐角動態變化規律；開展圖案化直寫實驗，分析工藝參數對定位精度的影響規律，建立調控策略。項目將加速電紡直寫技術研究發展，為其在柔性電子製造等領域的產業化套用奠定基礎。
結題摘要
電紡直寫作為最具潛力的射流噴印技術受到了廣泛關注。實現射流鞭動約束和聚焦定位已成為電紡直寫套用研究的關鍵。項目引入鞘氣約束，利用鞘氣降低電紡直寫射流-介質相對運動速度，減少波動干擾，約束射流鞭動，實現高精度聚焦定位。項目將圍繞基於鞘氣約束的電紡直寫射流聚焦定位機制等一類基礎科學問題開展工作。分析了鞘層氣流的流動行為和流場分布規律，設計開發了具有氣體聚焦功能的電紡直寫噴頭，研究了單股射流噴射過程的變化規律及圖案化沉積，考察了鞘氣在約束紡絲射流偏轉沉積時的作用機制。採用流體仿真軟體分析了鞘層氣流的流動行為和流場分布規律,基於仿真結果對帶氣體聚焦功能的電紡直寫噴頭結構進行了最佳化設計，提高了聚焦氣流的穩定性和均勻性。實時觀測了鞘氣聚焦下電紡直寫單股射流噴射過程的變化規律，鞘層氣流增加了聚合物懸滴所受到的拉伸力，減小了射流的初始直徑，增強了紡絲射流噴射的穩定性；實驗研究了鞘氣聚焦中紡絲射流的運動沉積行為。分析了收集板運動速度對纖維沉積的影響，纖維沉積的螺旋疊加程度隨著收集板速度的增大而逐步減弱，當收集板速度增加到與射流沉積速度相匹配時，可獲得直線納米纖維；研究了圖案化沉積，利用鞘氣約束電紡直寫沉積了平行線、格線等簡單圖案。研究了鞘氣聚焦對射流的禁止約束作用，實驗論證了鞘氣對纖維沉積的導向作用，引入鞘氣可提高紡絲射流的抗干擾能力，鞘氣約束可禁止“凸起”結構對紡絲射流的吸引，約束紡絲射流偏轉，起到導向作用，提高射流噴射的穩定性，適應不同基底的定位沉積。研究了工藝參數對三維結構疊加沉積行為的作用規律，成功噴印了纖維牆、格線、五角星、橢圓柱、空心柱狀等多種圖案化三維結構。實現導體、半導體和絕緣體等多種功能性材料的圖案化精確噴印，完成了多層柔性電路的直接噴印製造。項目研究有利於實現電紡直寫技術與其他微納製造工藝相結合，促進微納器件系統集成、柔性電子製造等產業的快速發展。
