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基于近场静电纺丝的微/纳米结构直写技术

纳米技术与精密工程 2008年第1期6卷 20-23页

作者：郑高峰王凌云孙道恒厦门大学机电工程系厦门361005

基于近场静电纺丝（舾），研究了可用于柔性电子制造的微／纳米结构直写技术．构建了电极、收集板可协调运动的直写实验平台，分析了电纺丝参数对微／纳米结构直写过程的影响和直写参数间的匹配．通过缩短电纺丝距离实现对直写过程的控... 详细信息

基于近场静电纺丝（舾），研究了可用于柔性电子制造的微／纳米结构直写技术．构建了电极、收集板可协调运动的直写实验平台，分析了电纺丝参数对微／纳米结构直写过程的影响和直写参数间的匹配．通过缩短电纺丝距离实现对直写过程的控制，分别采用直径为25μm的实心探针针尖和内径为232μm的空心注射针尖作为电纺丝喷头，可有序地直写出直径为50—500nm的纳米纤维和线宽为1—8μm的微米结构．实验结果表明：微米结构线宽随收集板速度和PEO溶液浓度的变大而变大；直写工作电压随收集板运动速度的变大而减小，随电极至收集板距离的增加而变大．协调电极与收集板运动速度，平行直写微米结构间距可控制在100-180μm之间．

关键词：近场静电纺丝微/纳米结构直写技术

基于多层熔体近场静电纺丝制作具有高深宽比的微通道

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科技视界 2020年第15期 18-22页

作者：严圣勇广东工业大学机电工程学院广州51006

微通道是微流控芯片的核心,典型微通道加工方法难以获得高的深宽比。本文提供一种具有高深宽比的制作方法:多层熔体近场静电纺丝。基于多层熔体近场静电纺丝得到的多层微米纤维制可作为具有高深宽比的PDMS微通道的模具。有两个关键问题:... 详细信息

微通道是微流控芯片的核心,典型微通道加工方法难以获得高的深宽比。本文提供一种具有高深宽比的制作方法:多层熔体近场静电纺丝。基于多层熔体近场静电纺丝得到的多层微米纤维制可作为具有高深宽比的PDMS微通道的模具。有两个关键问题:(1)设计合适微通道结构;(2)利用熔体近场电纺技术直接沉积微米多层近场电纺PCL纤维模具的参数。在本文中提出了一种极小CAD轨迹法来解决复杂微通道的设计,低加热温度,小接收距离,慢速度来解决纤维堆积过程中不均匀及重复性差的问题。

关键词：近场静电纺丝微通道高深宽比

基于近场熔体静电纺丝的微流控芯片的设计、制作及应用

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基于近场熔体静电纺丝的微流控芯片的设计、制作及应用

作者：严圣勇广东工业大学

学位级别：硕士

微通道模具的材料和加工方法多种多样。微通道模具常用材料包括硅片、玻璃及其它硅基材料;麦芽糖、光刻胶、PMMA、PVA及其它聚合物材料;不锈钢微丝、PCB板、不锈钢块及其它金属材料。加工方法包括光刻法、微丝模塑法、机加工、3D打印、... 详细信息

微通道模具的材料和加工方法多种多样。微通道模具常用材料包括硅片、玻璃及其它硅基材料;麦芽糖、光刻胶、PMMA、PVA及其它聚合物材料;不锈钢微丝、PCB板、不锈钢块及其它金属材料。加工方法包括光刻法、微丝模塑法、机加工、3D打印、微电铸等。近场静电纺丝是利用聚合物溶液或者熔体射流在稳定阶段得到有序微纳纤维的技术。近场静电纺丝得到的图案化有序纤维可以作为制作具有高精度的微通道的模具,该方法使用的设备简单、材料便宜且所需步骤简单,可一次成型。本文进行的主要工作有:（1）CAD图形直接补偿法。介绍了近场熔体静电纺丝过程,探究了PCL在高加热温度下近场熔体静电纺丝过程中射流状态的影响因素,分析接收板的运动方式。针对近场熔体静电纺丝沉积不准确的现象,提出了基于CAD图形直接补偿方法来实现精确沉积,并探究了各种条件下的最佳补偿长度。最后使用半固化后的PDMS作为接收板获得了圆形的PCL纤维。（2）多层近场电纺工艺及极小间距法。在PCL较高加热温度下,设计双螺旋和波浪形微通道CAD图形,并探究了近场电纺工艺对单层及多层纤维形貌的影响。在此基础上,优化了双螺旋和波浪形微通道CAD图形,探索了适合多层电纺的工艺参数。针对螺线型CAD图形提出了极小间距设计方法以满足纤维的多层堆积的CAD图形设计问题,同时,也将极小间距设计方法用于多流入流出通道的设计问题。最后,根据极小间距发提出了微通道变截面的设计方法,拓展近场熔体静电纺丝在微流控芯片的设计以及应用范围。（3）微流控芯片的设计、制作、应用。在分析现有连续流动PCR微流控芯片的基础上,设计了一种连续流动PCR微流控芯片,并采用近场静电纺丝CAD图形直接补偿方法和PDMS软光刻法制作了一种PDMS-玻璃杂交的连续流动PCR微流控芯片,在连续流动PCR微流控芯片上对金黄色葡萄球菌进行了PCR扩增实验。在分析现有双螺旋和波浪形微流控芯片的基础上,设计了双螺旋和波浪形微流控芯片,并通过多层近场近场电纺工艺和PDMS软光刻法制作了双螺旋和波浪形微流控芯片。

关键词：近场静电纺丝微通道 CAD图形直接补偿法极小间距法变直径

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电纺直写纳米纤维在图案化基底的定位沉积

光学精密工程 2010年第10期18卷 2231-2238页

作者：李文望郑高峰王翔孙道恒厦门大学机电工程系福建厦门361005 厦门理工学院机械工程系福建厦门361005

为进一步提高单根电纺丝纳米纤维的定位沉积和形貌控制水平,基于近场静电纺丝技术,研究了单根直写纳米纤维在无图案硅基底的沉积行为;仿真分析了图案化硅基底上方的空间电场分布;采用图案化硅基底作为收集板,实验考察了微图案形状、收... 详细信息

为进一步提高单根电纺丝纳米纤维的定位沉积和形貌控制水平,基于近场静电纺丝技术,研究了单根直写纳米纤维在无图案硅基底的沉积行为;仿真分析了图案化硅基底上方的空间电场分布;采用图案化硅基底作为收集板,实验考察了微图案形状、收集运动速度等因素对单根纳米纤维定位沉积的影响规律。实验结果显示,电纺直写技术具有良好的定位精度,可将直径为100～800 nm的纳米纤维精确定位于直径仅为1.6μm的圆形微图案阵列上表面;收集板运动速度较小时,受电场力影响纳米纤维沉积轨迹将朝微图案偏移7μm;收集板运动速度进一步减小时,纳米纤维在基底微图案附近或上表面产生聚集;长条形微图案对纳米纤维沉积过程具有良好的引导与约束作用。得到的结果表明,基于近场静电纺丝的直写技术可较好地实现单根纳米纤维在图案化硅基底的精确定位沉积。

关键词：近场静电纺丝纳米纤维定位沉积

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空间电场对单根纳米纤维沉积的影响分析

华侨大学学报（自然科学版） 2009年第5期30卷 502-505页

作者：李文望孙道恒厦门大学物理与机电工程学院福建厦门361005 厦门理工学院机械工程系福建厦门361005

基于近场静电纺丝,分别讨论单根纳米纤维在平面硅片、图案化硅片基底上的沉积规律.当收集板运动速度大于纳米纤维喷射速度时,将获得直线状纳米纤维;而当收集板运动速度小于纳米纤维喷射速度,纳米纤维易受电场力和电荷排斥力的影响而产... 详细信息

基于近场静电纺丝,分别讨论单根纳米纤维在平面硅片、图案化硅片基底上的沉积规律.当收集板运动速度大于纳米纤维喷射速度时,将获得直线状纳米纤维;而当收集板运动速度小于纳米纤维喷射速度,纳米纤维易受电场力和电荷排斥力的影响而产生弯曲鞭动,并缠绕成纳米纤维带或螺旋状结构.采用图案化硅基作为收集板时,电场分布发生变化,微结构表面电场强度大于其他区域.纳米纤维在微结构表面产生聚集,且微结构表面电场的增强也加快纳米纤维喷射速度.

关键词：近场静电纺丝纳米纤维电场分布可控沉积

银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极的构筑、性能研究及应用

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银纳米线/PEDOT:PSS复合透明电极的构筑、性能研究及应用

作者：沈耿哲五邑大学

学位级别：硕士

在透明柔性电子设备快速发展的同时,人们对其电极的高透明性、柔软性和多功能性也提出了更高的要求。在众多新型光电器件的研发过程中,人们常通过开发电极材料和设计材料微观结构来实现其优良的物理特性及器件性能的提升。本论文基于聚... 详细信息

在透明柔性电子设备快速发展的同时,人们对其电极的高透明性、柔软性和多功能性也提出了更高的要求。在众多新型光电器件的研发过程中,人们常通过开发电极材料和设计材料微观结构来实现其优良的物理特性及器件性能的提升。本论文基于聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）和银纳米线（Ag NWs）的复合导电油墨构筑了可应用于不同光电器件的透明电极,并对其性能及应用展开了系列研究,研究内容具体包括以下两个方面:（1）利用丝网印刷技术在聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基板上制备PEDOT:PSS和Ag NWs的复合有序网格。以光电性能优异的六边形和正方形规则图案为研究对象,研究复合导电油墨的配比与粘度、网版目数、印刷层数和图案形状等参数对复合薄膜光电性能的影响。当网孔目数为200时可印刷透明性高且性能优异的网格。随着印刷层数的增加和PEDOT:PSS/Ag NWs质量比的降低,印刷网格的透过率和电阻均降低。当印刷层数为1时,六边形网格的透过率和电阻分别为85.6%和2.23 kΩ,而正方形网格的透过率和电阻分别为77.3%和8.78kΩ。这表明正方形网格更紧凑的排布方式会降低电极的透过率,而连接更多方格会增加电阻。因此,通过设计具有优化的印刷图案,可以改善透明电极的光电性能。由于具有六边形和正方形图案的Ag NWs/PEDOT:PSS复合膜具有较高的透明度和良好的均匀性,在大面积印刷透明电极中有巨大的应用前景,本论文将其成功应用于透明薄膜加热器中。（2）基于Ag NWs和PEDOT:PSS复合导电墨水,构建基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）衬底的图案化电极,并将其应用于透明可拉伸应变传感器。利用近场静电纺制备有序的聚丙烯腈（PAN）网格,将其规则图案反转移至PDMS表面,可实现衬底的图案化。此电极具有如下优势:有机聚合物PEDOT:PSS具有较强的附着力,可与基板之间形成紧密的连接;高长径比的Ag NWs可提供优异的电子导电通道;而PDMS形成的图案化微结构有利于提高传感器灵敏度。将此复合透明电极应用于应变传感器,可获得出色的灵敏度（最大GF=10.2）,宽广的感应范围（0-100%）,至少2000次循环的长期可靠性以及独特的应力-温度响应。此外,可将图案化应变传感器安装在身体的不同部位,实时监测人体多种运动和温度响应,从而在人机交互,电子皮肤和可穿戴设备中具有潜在的多功能应用。

关键词：透明导电膜银纳米线 PEDOT:PSS 金属网格加热器应变传感器近场静电纺丝身体运动监测