鞘气聚焦电纺直写喷头设计及射流约束沉积实验研究

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2、法》等规定保留和使用此学位论文，并向主管部门或其指定机构送交学位论文(包括纸质版和电子版)，允许学位论文进入厦门大学图书馆及其数据库被查阅、借阅。本人同意厦门大学将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。本学位论文属于：()1．经厦门大学保密委员会审查核定的保密学位论文，于年月日解密，解密后适用上述授权。(√)2．不保密，适用上述授权。(请在以上相应括号内打“√”或填上相应内容。保密学位论文应是已经厦门大学保密委员会审定过的学位论文，未经厦门大学保密委员会审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填

3、写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权。)声明人(签名)：彳留厂亏∥f产多月多日摘要基于电液动力耦合的电纺直写是利用外电场拉伸黏弹性溶液，诱使其发生流变产生纺丝射流，并利用射流的稳定直线阶段进行微纳结构的精确沉积。电纺直写技术具有速度快、材料兼容性好、射流直径小等优点，己在有机微纳系统制造等邻域表现出巨大的应用潜力。提高射流喷射的稳定性和沉积定位精度是电纺直写产业化应用的关键。本文针对电纺直写带电射流的螺旋、鞭动，引入鞘气聚焦约束射流鞭动不稳定，研究射流的精确定位调控规律，促进电纺直写的应用发展。本文以实现电纺直写纤维可控沉积为出发点，分析了鞘层气流的流动行为和流场分布规律，设计开发了具有

4、气体聚焦功能的电纺直写喷头，研究了单股射流喷射过程的变化规律及图案化沉积，考察了鞘气在约束纺丝射流偏转沉积时的作用行为。采用流体仿真软件分析了鞘层气流的流动行为和流场分布规律，基于仿真结果优化设计了带气体聚焦功能的电纺直写喷头结构，提高了聚焦气流的稳定性和均匀性；实时观测了鞘气聚焦下电纺直写单股射流喷射过程的变化规律；鞘层气流增加了聚合物悬滴所受到的拉伸力，减小了射流的初始直径，增强了纺丝射流喷射的稳定性。实验研究了鞘气聚焦中纺丝射流的运动沉积行为。分析了收集板运动速度对纤维沉积的影响，纤维沉积的螺旋叠加程度随着收集板速度的增大而逐步减弱，当收集板速度增加到与射流沉积速度相匹配时，可获得直线

5、纳米纤维；研究了图案化沉积，利用鞘气约束电纺直写沉积了平行线、网格等简单图案。研究了鞘气聚焦对射流的屏蔽约束作用，实验论证了鞘气对纤维沉积的导向作用，引入鞘气可提高纺丝射流的抗干扰能力，鞘气约束可屏蔽“凸起”结构对纺丝射流的吸引，约束纺丝射流偏转，起到导向作用，提高射流喷射的稳定性，适应不同基底的定位沉积。有利于实现电纺直写技术与其他微纳制造工艺相容，促进微纳器件系统集成、柔性电子制造等产业的快速发展。关键词：鞘气约束；电纺直写；纳米纤维；射流喷射；沉积控制。AbstractElectrohydrodynamicDirect-Write(EDW)utilizeselectrostaticfi

6、eldforcetostretchprintingsolutionfromthespinneret，andthenfinejetwithdiameteroftensmicrometerswouldbeejectedfromthetipofTaylorcone．AndthestablestraightjetoutsidethespinneretisutilizedtoDWorderlymicro／nanostructureinEDWprocess．EDWhasmadegreatpotentialapplicationsinorganicmicro—nanosystembecauseofthea

7、dvantagesoffastspeed，goodmaterialscompatibility，smalljetdiameter，etc．ImprovingjetinjectionstabilityanddepositionprecisioniscrucialforindustrializationapplicationofEDW．LaminarsheathgasisintroducedintotheEDWt