實驗名稱：交變電場誘導單射流噴印實驗

研究方向：研究交變電場誘導下的電紡直寫技術的噴射和沉積行為，實現(xiàn)電紡直寫射流在絕緣基底上的穩(wěn)定噴射和有序微納結構的可控沉積現(xiàn)象。

實驗目的：靜電場中黏彈性流體的流變特性、射流的運動沉積行為是十分明顯的，但交變電場中聚合物溶液的射流噴射研究卻比較少。交變電場與靜電場的主要區(qū)別在于可以控制電壓的頻率和占空比來改變溶液的噴射規(guī)律。掌握溶液噴射規(guī)律，實現(xiàn)交變電場誘導下的電紡直寫技術，分析聚合物溶液在交變電場中的單射流電紡直寫考察溶液、電壓、極間距等實驗參數(shù)對液滴噴印或電紡直寫均勻性的影響。

測試設備：信號發(fā)生器、運動平臺、注射泵、高壓放大器、示波器、收集基底、高速攝像機等。

實驗過程：實驗噴射的射流通過CCD或者高速攝像機進行拍攝，噴射后得到的液滴尺寸借助光學顯微鏡進行檢測并一步觀察分析。實驗系統(tǒng)圖如3-1所示。

實驗裝置中包括交流高壓電源、運動平臺、注射泵、收集基底、攝像機等。其中，交流高壓脈沖電源的正極接噴頭針管，負極與收集板相連;收集基底與運動平臺固定連接。注射泵向噴頭針管內連續(xù)供液,溶液在針管嘴末端形成懸滴。在電場作用下，溶液由懸滴尖端噴射，射流聚集在收集基底上以便進一步觀察分析。圖3-2所示為實驗用高速三維運動平臺。

實驗裝置：信號發(fā)生器、高壓放大器、示波器、注射泵、高速攝像機；

實驗結果：交變電場誘導的單射流在收集板上以液滴或者連續(xù)線的方式沉積,具體情況由聚合物溶液的濃度和實驗條件而定。在電場中，帶電懸滴因表面電荷積聚而產生法向電場驅動力，當噴頭施加電壓超過某個值時，帶電懸滴會噴出帶電液滴或者射流。若噴出的為微小帶電液滴則是靜電霧化，若噴出的是聚合物單射流則稱之為靜電紡絲。如圖3-5所示

靜電紡絲主要依靠聚合物流體上的電荷來產生靜電斥力，以克服其表面張力，從而產生射流或者液滴。因此，在電紡過程中施加電壓幅值必須超過臨界電壓才能保證溶液的順利噴射。為了分別考察正負電壓對射流噴射的影響。使用PEO溶液在不同的交變電場下，負向電壓幅值U作用下的液滴沉積的情況，實驗采用的噴頭直徑為d=60um，噴嘴至收集板間距h=2mm，輸入電壓頻率后p-10Hz，電壓占空比6-50%，供液速度Q-20ml/hr;固定交變電場的正向電壓幅值U(U=2000kV)，通過改變U的大小考察其對液滴噴射的。

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審核編輯 黃宇