PAN和PVA聚合物的电喷印实验研究

发布时间：2020-06-02 22:41

【摘要】：电喷印作为一种基于电流体动力理论的技术,其利用高电压将液体于喷嘴末端拉伸出泰勒锥,并在泰勒锥顶端形成带电射流,具备成本低,效率高,按需制造等优势,在电子电路、微纳传感器、生物薄膜等方面具有极大的应用前景。本文针对聚丙烯腈(PAN)和聚乙烯醇(PVA)聚合物微纳结构制造需求,开展了上述聚合物材料的电喷印工艺研究:面向医学止血材料制造需求,搭建了电喷印平台,探究PVA溶液喷印参数与纤维直径关系,并进行止血试验验证。搭建了同轴聚焦电喷印实验平台,研究了PAN溶液电喷印特性及后续纳米线处理工艺。集成了高压电源、微量注射泵、位移平台等设备,搭建了电喷印平台,用于大孔径止血膜的制造。设计并制造了液体电极,改善了由库仑力引起的射流鞭动的不稳定情况。改造了衬底支撑装置,使用聚酰亚胺等轻质耐高温材料,降低了重量,减小了平台负重,实现了打印过程衬底位置与温度的灵活调节,搭建了同轴聚焦电喷印实验平台。使用电喷印技术,以PVA溶液为喷印材料,并加入少量醛基葡聚糖(PAD)及高岭土,制造了可以用于控制出血的止血膜,同时探究了喷印参数(电压、流量、溶液浓度)对于电喷印过程及结果的影响。经研究发现,随着电压的提高,喷印过程趋于稳定,然而当电压过大,射流剧烈摆动,甚至出现击穿现象。随着流量及溶液浓度的减小,得到的纤维直径也随之减小。并以纱布作为衬底,制备了具有大孔径的止血膜,进行了生物止血实验,发现PVA/PAD/高岭土止血膜可有效提高凝血速度,具备良好的止血效果。使用同轴聚焦电喷印实验平台,开展了同轴聚焦电喷印实验。首先配制了PAN溶液,研究了打印参数对打印过程及结果的影响。研究发现,随着电压的增大,射流尺度逐渐减小,鞭动幅度变大直至放电击穿。随着流量、喷针尺寸减小与打印速度的提高,打印结果的尺度也随之减小。以PAN为内层功能性液体,硅油为外层高粘度液体,打印制造了最小直径为100nm的PAN纳米线,之后经过无预氧化烧结处理,得到了最小直径为75nm的碳纳米线。在硅衬底上使用光刻、湿法刻蚀等工艺制造了宽度为4μm—12μm的沟道,并在此衬底上打印了最小直径为110nm的PAN纳米梁。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ317

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