项目名称: 面向电纺直写的流体包轴输运行为与调控研究

项目编号: No.51475398

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 孙道恒

作者单位: 厦门大学

项目金额: 85万元

中文摘要: 电纺直写技术以其独特的原理性优势被认为是最具发展潜力的微纳制造技术之一,响应快速、精密、微量高粘度流体可控供液是制约电纺直写获得产业化应用的关键技术问题。项目提出利用高粘度流体的包轴效应实现微量流体输运原理方案;针对电纺直写中喷嘴针尖的跨尺度、强电场、射流、快速响应等典型特征,研究微纳尺度、强电场作用下的包轴流体稳态和动力学响应、尖端汇流、射流等新问题,揭示电场、剪切耦合作用的微纳尺度流体包轴物理机制;阐明界面浸润-表面张力-电场力的竞争行为;掌握喷嘴结构、界面、剪切的静态与动态作用规律;探明流体输运的汇流、射流行为规律。构建微量高粘度流体的连续输运的微环境和调控策略及其设计规则,实现出射点稳定、直径可控的亚微米射流的连续直写,以纳米光纤为例加以验证与评价。为推进电纺直写技术实用化奠定理论和技术基础,为提升微纳压印这类高粘度溶液法微纳制造的品质提供新途径,也将拓宽包轴效应的内涵。

中文关键词: 静电纺丝;纳米制造;流体输运;韦森堡效应;流变

英文摘要: Electrohydrodynamic Direct-Writing (EDW) has become one of the great potiential micro/nano fabrication technologies. The requirement of fast response, precise controlled picoliter-level solution with high viscousity transport is the biggest obstracle for the industrial application of EDW technology. In the proposal, a picoliter-level solution tranport method based on Weissenberg Effect (Axel-Enwrapped Effect) has been proposed to satisfy the EDW solution supply requirements. With the typical characteristics of multi-scale geometry of the inkjet tip, strong electrical field, jetting and fast response behavior existed in EDW, some unconfronted problems, e.g. the static status and dynamic responses of solution enwraping on axel process under micro scale, the influx and jetting phenomena will be studied. The mechanisms of of micro-scale Axel-Enwrapping solution under the coupled field of strong electric and shear stress are to be disclosed. And also, the competing behaviors between wetting, surface tension, and electrical force will be investigated, so that the effects of the inkjet nozzel geometry, solid-liquid interface, shear stress on the Axel-Enwrapping, and the laws of influx and jetting etc, can be mastered. The local enviroment conditions and it's design rules are to be set up to realize the picolitre-level viscous solution transport continuously, based on which the stable jetting, the written long uniform fiber (structure) with diameter of sub-micron can be realized. As one of the examples, nano optical-fiber will be direct-written to evaluate fisibility of EDW technology based on the Axel-Enwrapping solution transport process. The results would provide a strong scientific and technological foundation for EDW technology industrilization, as well as useful approaches to improve the solution-processed micro-nano structures quality. Specially, the research will enlarge the area and enrich the contents of the traditional Axel-Enwrapping effect.

英文关键词: Electrospinning;Nano Fabrication;Solution Transport;Weissenberg Effect;Rheology

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