高壓放大器可以用于靜電紡絲機系統(tǒng)嗎？需要多少高壓？
靜電紡絲機是一種在強靜電場中聚合物溶液克服自由表面張力進行納米纖維制備的試驗儀器。靜電紡絲技術(shù)包含遠場靜電紡絲和近場靜電紡絲。那么你知道高壓放大器可以用于靜電紡絲機系統(tǒng)嗎？需要多少高壓？今天Aigtek安泰電子就帶大家深入了解一下。
一、靜電紡絲原理
當(dāng)聚合物溶液或熔體被推出噴絲頭時，表面張力會促使其形成球形液滴。而由于噴絲頭上外加了高電壓，使液滴表面帶同種電荷。當(dāng)靜電排斥作用足夠強時，可以抵消表面張力作用，此時液滴不是球形而是圓錐形。隨著電壓的加大，聚合物液滴被逐漸拉長形成錐體(Taylor錐)。毛細管的Taylor錐頂點被加速，當(dāng)電荷斥力大于表面張力時，聚合物液滴形成射流從Taylor錐表面噴出，同時溶劑揮發(fā)或固化，最終落在接收裝置上，形成類似非織造布狀的纖維氈(網(wǎng)或者膜)。根據(jù)收集裝置與噴射裝置的間距，靜電紡絲技術(shù)還可以分成近場直寫靜電紡絲和遠場靜電紡絲。
1.遠場靜電紡絲
1934年，F(xiàn)ormhals發(fā)明了用靜電力制備聚合物纖維的實驗裝置并申請了專利，這是首次詳細描述利用高壓靜電來制備纖維裝置的專利，被公認為是靜電紡絲技術(shù)制備纖維的開端。在遠場模式中，噴絲頭到接收器的距離為5~15cm,電源電壓大約在10~20KV之間。使用遠場模式進行紡絲時，可以得到比近場模式更細的納米纖維，紡絲速度也更快。但是無法精準(zhǔn)地控制納米纖維在接受板上的位置。
2.近場靜電紡絲
近場靜電紡絲也稱近場直寫技術(shù)、電流體噴印技術(shù)。2006年，近場靜電紡絲的概念首次在廈門大學(xué)孫道恒等發(fā)表于納米快訊（NanoLetters）的報道中提出。近場直寫靜電紡絲工藝是指當(dāng)收集裝置與噴頭間距控制在0.5～5mm范圍時，輔助精密運動控制，就可以通過近場靜電紡絲技術(shù)制備出高度有序取向的納米纖維如（圖1）。
二、靜電紡絲機的組成
靜電紡絲裝置主要由三部分組成，分別是高壓電源、噴射裝置和接收裝置如（圖2）。
圖2靜電紡絲機的主要組成模塊
1.靜電紡絲噴射裝置
噴射裝置可根據(jù)實驗需要更換，最常見的是單針裝置。當(dāng)需要增加納米纖維的產(chǎn)量時，可以配置多針噴嘴裝置。目前，多針噴嘴模塊廣泛應(yīng)用于靜電紡絲生產(chǎn)線，提高了紡絲效率。隨著噴射裝置的不斷發(fā)展，靜電紡絲設(shè)備是目前較適合納米纖維工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備。
圖3各種靜電紡絲噴射裝置
2.靜電紡絲接收裝置
收集裝置或接收板用于收集納米纖維。接收裝置的形式是多樣化的，包括平板收集裝置、滾筒收集器、籠型收集器、碟型收集器等。通過改變收集裝置的幾何尺寸和形狀，可以調(diào)整納米纖維的排列。
3.靜電紡絲高壓電源
在靜電紡絲時，一般使用直流電源。也可以將交流電源與直流單元結(jié)合輔助，采用低電壓波形直接寫入來實現(xiàn)高分辨率蛇形圖案。外加電壓是一個重要的參數(shù)，只有當(dāng)電壓超過臨界值時，液滴才能被拉伸成為纖維。當(dāng)電壓較低時，纖維易出現(xiàn)珠狀缺陷。靜電紡絲所需的高壓為1~30kV。
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帶寬：（-3dB）DC~5kHz
電壓：10kVp-p（±5kVp）
電流：20mAp
功率：100Wp
壓擺率：≥111V/μs
圖5兩個由銅箔制成的平行輔助電極連接到交流電源
圖6蛇形微結(jié)構(gòu)形態(tài)的光學(xué)圖像。
參考文獻
Xue,Jiajia，Xie,Jingwei，Liu,Wenying，Xia,Younan.ElectrospunNanofibers:NewConcepts,Materials,andApplications.:ElectrospunNanofibers:NewConcepts,2017人人文庫.鐵鈷合金、碳納米復(fù)合纖維的制備.https://www.renrendoc.com/paper/200143971.html,2022
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FeiyuFang,ZefengDu,JunZeng,ZimingZhu,XinChen,XinduChen,YuanjunLvandHanWang.Micro/nanoscalecontinuousprinting:direct-writingofwavymicro/nanostructuresviaelectrospinning.MaterialsScienceandEngineering,2015
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