一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法

本發(fā)明涉及一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

納米結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)特的性質(zhì)使其在多領(lǐng)域應(yīng)用并成為了眾多學(xué)者深入研究的主題。現(xiàn)今大量的合成和制造方法已經(jīng)被應(yīng)用于產(chǎn)生納米纖維結(jié)構(gòu)，而在這些方法當(dāng)中近場(chǎng)電紡噴印(基于近場(chǎng)靜電相互作用的拉伸過(guò)程)為制造實(shí)心/空心/包軸等多種形式的纖維及其沉積排布提供了直接簡(jiǎn)單的方法，與其它納米纖維結(jié)構(gòu)的方法不同，近場(chǎng)直寫排列纖維的方式是利用高壓電場(chǎng)激發(fā)并往收集板定向沉積的過(guò)程中在空氣中通過(guò)運(yùn)動(dòng)、蒸發(fā)形成第一次細(xì)化，并通過(guò)在收集板上的沉積后收集板對(duì)纖維基于靜電相互作用的單軸拉伸牽引，進(jìn)一步連續(xù)減少黏性射流的直徑，這種技術(shù)適合于產(chǎn)生連續(xù)均勻，細(xì)化直徑的纖維序列排布。而在近場(chǎng)電紡噴印技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，需要操作人員對(duì)電壓、噴印速度、進(jìn)給速度、環(huán)境溫度、濕度等根據(jù)纖維的噴印狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控以保證噴印參數(shù)與噴印狀態(tài)相匹配從而達(dá)到纖維噴印的最優(yōu)狀態(tài)，但在傳統(tǒng)近場(chǎng)電紡噴印過(guò)程中噴印監(jiān)測(cè)主要依賴人工觀察攝像機(jī)，故存在判別過(guò)于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題。

如中國(guó)專利cn103952778b中公開了一種具有實(shí)時(shí)采樣功能的氣流輔助靜電紡絲儀，其利用光學(xué)顯微鏡對(duì)紡絲的噴印狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而該方案對(duì)操作人員的主觀判斷和操作經(jīng)驗(yàn)要求較高，且單純通過(guò)圖像難以完全觀察到靜電紡絲的噴印細(xì)節(jié)，另外在調(diào)教過(guò)程中對(duì)焦、調(diào)整等操作難度較大。

故，需要提供一種新的近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)裝置以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)其上的監(jiān)測(cè)裝置可將監(jiān)測(cè)到的各數(shù)據(jù)顯示在控制面板上，并可通過(guò)控制面板直接對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，從而有效提高了近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)控的可控性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：

由注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)、注射器、收集平臺(tái)、輔助電場(chǎng)及高壓電源組成的近場(chǎng)電紡發(fā)生裝置；由微電流傳感器、四象限探測(cè)器及與所述四象限探測(cè)器連接的外圍電路組成的監(jiān)測(cè)裝置；以及控制裝置，其上設(shè)有控制面板。

進(jìn)一步，注射器一端設(shè)有儲(chǔ)液倉(cāng)用以儲(chǔ)存溶液，另一端設(shè)有金屬針頭。

進(jìn)一步，高壓電源的高壓端與注射器的金屬針頭相連，注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)與注射器另一端相連并機(jī)械固定且能沿著z軸作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步，金屬針頭上固定有微電流傳感器，其用以檢測(cè)金屬針頭-聚合物纖維-收集平臺(tái)之間形成的弱通路之間的微電流。

進(jìn)一步，所述四象限探測(cè)器由四塊平鋪分布的應(yīng)變片-電容傳感器單元組成且互相隔離。

進(jìn)一步，每塊應(yīng)變片-電容傳感器單元為確定電荷量的平板。

進(jìn)一步，所述收集平臺(tái)處平行放置兩塊四象限探測(cè)器以形成一個(gè)體空間。

進(jìn)一步，微電流傳感器以及四象限探測(cè)器通過(guò)獨(dú)立且高壓隔離的電路與一嵌入式處理器進(jìn)行連接。

進(jìn)一步，所述控制面板上設(shè)有采集開關(guān)、屏幕和功能按鍵，所述嵌入式處理器控制微電流傳感器采集并處理的數(shù)據(jù)量化的顯示在屏幕上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)其上的監(jiān)測(cè)裝置可將監(jiān)測(cè)到的各數(shù)據(jù)量化的顯示在控制面板上，使得操作人員可以直接通過(guò)顯示在控制面板屏幕上量化后的數(shù)據(jù)了解目前的噴印狀態(tài)，且通過(guò)功能按鍵對(duì)顯示的各數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行直觀準(zhǔn)確量化的調(diào)節(jié)，從而有效解決傳統(tǒng)近場(chǎng)電紡噴印過(guò)程中噴印監(jiān)測(cè)主要依賴人工觀察攝像機(jī)，判別過(guò)于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題，故大大降低了操作難度，提高了近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)控的可控性。

附圖說(shuō)明

圖1為近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其包括：由注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)1、注射器2、收集平臺(tái)3、輔助電場(chǎng)4及高壓電源組成的近場(chǎng)電紡發(fā)生裝置；由微電流傳感器5、四象限探測(cè)器6及與所述四象限探測(cè)器6連接的外圍電路組成的監(jiān)測(cè)裝置；以及控制裝置7，其上設(shè)有控制面板，可顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)并可根據(jù)需要對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

如圖2所示，其中注射器2一端設(shè)有儲(chǔ)液倉(cāng)用以儲(chǔ)存溶液，另一端設(shè)有金屬針頭21。高壓電源的高壓端與注射器2的金屬針頭21相連，注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)1與注射器2另一端相連并機(jī)械固定且能沿著z軸作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)推動(dòng)注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)1可將儲(chǔ)存在儲(chǔ)液倉(cāng)中的溶液推進(jìn)到金屬針頭21處，進(jìn)而使得溶液在金屬針頭21處被高壓電源的高壓端所產(chǎn)生的電勢(shì)高壓激發(fā)而在金屬針頭21處形成射流；而在金屬針頭21的正下方，收集平臺(tái)3與二維(x-y)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相連，且與金屬針頭21所在平面成垂直正交，并通過(guò)導(dǎo)線與大地相連即收集平臺(tái)3處電勢(shì)為0，因此金屬針頭21處的溶液被高壓電源進(jìn)行高壓激發(fā)后，金屬針頭21與收集平臺(tái)3之間形成極大的電勢(shì)差，且在電勢(shì)差的作用下溶液在空間運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因揮發(fā)而最終形成聚合物纖維且沉積在收集平臺(tái)3上，通過(guò)重復(fù)上述射流沉積過(guò)程，以對(duì)注射器噴出的聚合物纖維進(jìn)行收集。

如圖2所示，本實(shí)施例中，金屬針頭21上固定有微電流傳感器5，其用以檢測(cè)金屬針頭21-聚合物纖維-收集平臺(tái)3之間形成的弱通路之間的微電流。由于在高壓激發(fā)下，聚合物纖維存在大量的自由電子和正離子，且自由電子同時(shí)做熱運(yùn)動(dòng)和由電場(chǎng)強(qiáng)度引起的定向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)微電流傳感器5檢測(cè)電流的變化量可以求出聚合物纖維的直徑變化量，進(jìn)而通過(guò)該數(shù)據(jù)(聚合物纖維的直徑變化量)可調(diào)節(jié)噴印過(guò)程中纖維的均勻性，以保證噴印的質(zhì)量。

如圖1和圖2所示，由微電流傳感器5、四象限探測(cè)器6及與所述四象限探測(cè)器6連接的(驅(qū)動(dòng)、采集、處理等)外圍電路組成的監(jiān)測(cè)裝置，其中微電流傳感器5、四象限探測(cè)器6主要用于監(jiān)測(cè)噴印過(guò)程中的纖維狀態(tài)，四象限探測(cè)器6能夠相對(duì)金屬針頭21在空間中作三維平移運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中四象限探測(cè)器6由四塊平鋪分布的應(yīng)變片-電容傳感器單元組成且互相隔離、各不干擾，且每塊應(yīng)變片-電容傳感器單元為確定電荷量的平板，其可以檢測(cè)水平方向的庫(kù)侖力產(chǎn)生的微運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例中，在收集平臺(tái)3處平行放置兩塊四象限探測(cè)器6以形成一個(gè)體空間，對(duì)在四象限探測(cè)器6所圍成的個(gè)體空間中的帶電射流進(jìn)行微元分割，并根據(jù)射流微元所受到的電場(chǎng)力可得到應(yīng)變片所受到的作用力,進(jìn)而通過(guò)應(yīng)變片上的作用力變化檢測(cè)到纖維與收集平臺(tái)3接觸的角度狀況，微電流傳感器5以及四象限探測(cè)器6通過(guò)獨(dú)立且高壓隔離的電路與一嵌入式處理器進(jìn)行連接。

如圖2所示，以及控制裝置7，其上設(shè)有控制面板，可顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)并可根據(jù)需要對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。其中控制面板上設(shè)有采集開關(guān)71、屏幕72和功能按鍵73，所述嵌入式處理器控制微電流傳感器5采集并處理的數(shù)據(jù)顯示在屏幕72上，當(dāng)開啟采集開關(guān)71后，微電流傳感器5、四象限探測(cè)器6的數(shù)據(jù)通過(guò)嵌入式處理器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集和處理并在屏幕上顯示動(dòng)態(tài)信息，使得操作人員可以直接對(duì)屏幕72上顯示的信息進(jìn)行記錄，且對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得到實(shí)時(shí)噴印狀態(tài)，并可通過(guò)控制面板71上的功能按鍵73對(duì)得到的各數(shù)據(jù)根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。

本發(fā)明提供的一種近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理為：溶液收容于注射器3的儲(chǔ)液倉(cāng)內(nèi)，注射推進(jìn)機(jī)構(gòu)2推動(dòng)注射器3的儲(chǔ)液倉(cāng)使得溶液進(jìn)入金屬針頭21，且在高壓電源高壓端所提供的高電壓激發(fā)下形成射流，并利用收集平臺(tái)3(與大地相連，電勢(shì)與大地電勢(shì)相等)和位于金屬針頭處溶液的電勢(shì)差使射流作定向沉積運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)沉積過(guò)程中，通過(guò)控制高壓電源持續(xù)供給高壓，能夠在注射器處形成連續(xù)的射流，射流經(jīng)過(guò)蒸發(fā)、牽引細(xì)化進(jìn)而在收集平臺(tái)3處形成纖維。另為了讓沉積過(guò)程更加穩(wěn)定及控制量化數(shù)據(jù)，在射流作空間運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，纖維會(huì)受到布局在射流運(yùn)動(dòng)空間兩側(cè)的輔助電場(chǎng)4的作用，進(jìn)而通過(guò)外部電場(chǎng)影響射流。此外，帶電射流的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)四象限探測(cè)器6產(chǎn)生微作用力，通過(guò)分析作用力的分布，可以對(duì)射流的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行分析，且由于四象限探測(cè)器6可通過(guò)嵌入式處理器發(fā)送數(shù)據(jù)采集指令，并將采集和處理的指令在屏幕72上顯示，從而使得操作人員可以直接對(duì)屏幕72上顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并可通過(guò)控制面板上的功能按鍵73對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)控，故本發(fā)明解決了在傳統(tǒng)近場(chǎng)電紡噴印過(guò)程中噴印監(jiān)測(cè)主要依賴人工觀察攝像機(jī)，判別過(guò)于主觀、調(diào)節(jié)難度大的問(wèn)題，大大降低了操作難度，從而提高了近場(chǎng)電紡噴印在線監(jiān)測(cè)的可控性。

以上實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施案例，不能認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。由于相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更及修改。因此，凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。