面向電紡直寫的流體包軸輸運行為與調控研究

《面向電紡直寫的流體包軸輸運行為與調控研究》是依託廈門大學，由孫道恆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向電紡直寫的流體包軸輸運行為與調控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：孫道恆
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

電紡直寫技術以其獨特的原理性優勢被認為是最具發展潛力的微納製造技術之一，回響快速、精密、微量高粘度流體可控供液是制約電紡直寫獲得產業化套用的關鍵技術問題。項目提出利用高粘度流體的包軸效應實現微量流體輸運原理方案；針對電紡直寫中噴嘴針尖的跨尺度、強電場、射流、快速回響等典型特徵，研究微納尺度、強電場作用下的包軸流體穩態和動力學回響、尖端匯流、射流等新問題，揭示電場、剪下耦合作用的微納尺度流體包軸物理機制；闡明界面浸潤-表面張力-電場力的競爭行為；掌握噴嘴結構、界面、剪下的靜態與動態作用規律；探明流體輸運的匯流、射流行為規律。構建微量高粘度流體的連續輸運的微環境和調控策略及其設計規則，實現出射點穩定、直徑可控的亞微米射流的連續直寫，以納米光纖為例加以驗證與評價。為推進電紡直寫技術實用化奠定理論和技術基礎，為提升微納壓印這類高粘度溶液法微納製造的品質提供新途徑，也將拓寬包軸效應的內涵。

結題摘要

現有的靜電紡絲供液技術存在壓阻幅度較大、控制源距離噴嘴較遠等問題，無法實現電紡直寫技術所需的連續、穩定、回響快速的液體輸運，制約了其在微納製造技術上的套用和發展。針對電紡直寫技術的供液需求，展開了對微尺度包軸效應、微納流體包軸輸運以及強電場作用下的包軸效應的研究，探索了基於液體包軸輸運的電紡直寫技術在微納製造、柔性電子領域中的套用。研究了微尺度的包軸效應，考察了剪下運動形式、表面張力、表界面特性等單獨或聯合作用下的液面形貌，揭示了微納尺度包軸效應的機制，建立了微納尺度包軸效應的理論模型。構建了包軸自由液面與針芯直徑、溶液濃度、剪下速度等參數的關係，掌握了包軸效應的液面形貌變化規律。探究了管芯結構包軸效應和包軸輸運中表面張力的作用。考察了不同管道內徑、針芯形貌、溶液屬性等條件下的液面形貌，掌握了包軸自由液面與軸徑、管道內徑、轉軸轉速、溶液濃度等參數的相互關係，揭示了表面張力對包軸效應的影響機制。分析了管芯結構中表面張力對基於包軸效應的流體輸運的作用規律，提出了噴嘴結構的設計依據。分析了剪下流變作用下管芯結構中的自由曲面形貌的變化，建立了微管道中包軸效應理論模型；以自行設計的噴嘴為基礎，考察了電場作用下的包軸效應、射流源點位置及射流直徑等，揭示了剪下力、表面張力和電場力的競爭機制與行為，獲得了產生射流的條件和射流擺動幅度的變化規律，研究了剪下流變作用與射流的相互關係。並設計開發了基於包軸供液的直寫實驗系統，探究了基於包軸效應的供液規律以及工藝參數對電紡直寫的影響規律。探究了基於包軸供液的電紡直寫在石墨烯複合材料的柔性電子器件、微納光纖以及電子皮膚壓力感測器等製備方面的套用，驗證了包軸輸運供液系統在電紡直寫方面微量、連續、快速的優勢，為推動電紡直寫在微納製造領域的實際化套用奠定了一定的理論和技術基礎。