高壓放大器在交變電場(chǎng)誘導(dǎo)單射流噴印實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：交變電場(chǎng)誘導(dǎo)單射流噴印實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：研究交變電場(chǎng)誘導(dǎo)下的電紡直寫(xiě)技術(shù)的噴射和沉積行為，實(shí)現(xiàn)電紡直寫(xiě)射流在絕緣基底上的穩(wěn)定噴射和有序微納結(jié)構(gòu)的可控沉積現(xiàn)象。

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>靜電場(chǎng)中黏彈性流體的流變特性、射流的運(yùn)動(dòng)沉積行為是十分明顯的，但交變電場(chǎng)中聚合物溶液的射流噴射研究卻比較少。交變電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的主要區(qū)別在于可以控制電壓的頻率和占空比來(lái)改變?nèi)芤旱膰娚湟?guī)律。掌握溶液噴射規(guī)律，實(shí)現(xiàn)交變電場(chǎng)誘導(dǎo)下的電紡直寫(xiě)技術(shù)，分析聚合物溶液在交變電場(chǎng)中的單射流電紡直寫(xiě)考察溶液、電壓、極間距等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)液滴噴印或電紡直寫(xiě)均勻性的影響。

　　測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、注射泵、高壓放大器、示波器、收集基底、高速攝像機(jī)等。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)噴射的射流通過(guò)CCD或者高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，噴射后得到的液滴尺寸借助光學(xué)顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)并一步觀察分析。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖如3-1所示。

　　實(shí)驗(yàn)裝置中包括交流高壓電源、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、注射泵、收集基底、攝像機(jī)等。其中，交流高壓脈沖電源的正極接噴頭針管，負(fù)極與收集板相連;收集基底與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定連接。注射泵向噴頭針管內(nèi)連續(xù)供液,溶液在針管嘴末端形成懸滴。在電場(chǎng)作用下，溶液由懸滴頂端噴射，射流聚集在收集基底上以便進(jìn)一步觀察分析。圖3-2所示為實(shí)驗(yàn)用高速三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。

　　實(shí)驗(yàn)裝置：信號(hào)發(fā)生器、高壓放大器、示波器、注射泵、高速攝像機(jī)；

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：交變電場(chǎng)誘導(dǎo)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(shí)驗(yàn)條件而定。在電場(chǎng)中，帶電懸滴因表面電荷積聚而產(chǎn)生法向電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)噴頭施加電壓超過(guò)某個(gè)值時(shí)，帶電懸滴會(huì)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(lái)產(chǎn)生靜電斥力，以克服其表面張力，從而產(chǎn)生射流或者液滴。因此，在電紡過(guò)程中施加電壓幅值必須超過(guò)臨界電壓才能保證溶液的順利噴射。為了分別考察正負(fù)電壓對(duì)射流噴射的影響。使用PEO溶液在不同的交變電場(chǎng)下，負(fù)向電壓幅值U作用下的液滴沉積的情況，實(shí)驗(yàn)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(chǎng)的正向電壓幅值U(U=2000kV)，通過(guò)改變U的大小考察其對(duì)液滴噴射的。

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