高压放大器在交变电场诱导单射流喷印实验中的应用

实验名称：交变电场诱导单射流喷印实验

研究方向：研究交变电场诱导下的电纺直写技术的喷射和沉积行为，实现电纺直写射流在绝缘基底上的稳定喷射和有序微纳结构的可控沉积现象。

实验目的：静电场中黏弹性流体的流变特性、射流的运动沉积行为是十分明显的，但交变电场中聚合物溶液的射流喷射研究却比较少。交变电场与静电场的主要区别在于可以控制电压的频率和占空比来改变溶液的喷射规律。掌握溶液喷射规律，实现交变电场诱导下的电纺直写技术，分析聚合物溶液在交变电场中的单射流电纺直写考察溶液、电压、极间距等实验参数对液滴喷印或电纺直写均匀性的影响。

测试设备：信号发生器、运动平台、注射泵、高压放大器、示波器、收集基底、高速摄像机等。

实验过程：实验喷射的射流通过CCD或者高速摄像机进行拍摄，喷射后得到的液滴尺寸借助光学显微镜进行检测并一步观察分析。实验系统图如3-1所示。

实验装置中包括交流高压电源、运动平台、注射泵、收集基底、摄像机等。其中，交流高压脉冲电源的正极接喷头针管，负极与收集板相连;收集基底与运动平台固定连接。注射泵向喷头针管内连续供液,溶液在针管嘴末端形成悬滴。在电场作用下，溶液由悬滴尖端喷射，射流聚集在收集基底上以便进一步观察分析。图3-2所示为实验用高速三维运动平台。

实验装置：信号发生器、高压放大器、示波器、注射泵、高速摄像机；

实验结果：交变电场诱导的单射流在收集板上以液滴或者连续线的方式沉积,具体情况由聚合物溶液的浓度和实验条件而定。在电场中，带电悬滴因表面电荷积聚而产生法向电场驱动力，当喷头施加电压超过某个值时，带电悬滴会喷出带电液滴或者射流。若喷出的为微小带电液滴则是静电雾化，若喷出的是聚合物单射流则称之为静电纺丝。如图3-5所示

静电纺丝主要依靠聚合物流体上的电荷来产生静电斥力，以克服其表面张力，从而产生射流或者液滴。因此，在电纺过程中施加电压幅值必须超过临界电压才能保证溶液的顺利喷射。为了分别考察正负电压对射流喷射的影响。使用PEO溶液在不同的交变电场下，负向电压幅值U作用下的液滴沉积的情况，实验采用的喷头直径为d=60um，喷嘴至收集板间距h=2mm，输入电压频率后p-10Hz，电压占空比6-50%，供液速度Q-20ml/hr;固定交变电场的正向电压幅值U(U=2000kV)，通过改变U的大小考察其对液滴喷射的。

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审核编辑 黄宇