王志锋 陈新度 张嘉荣 林雅茹 彭伟超 林泽钦 王晗

摘 要：线性阵列针头近场直写是一种高效制备大面积微纳结构的电流体动力喷印技术，如何控制带电多射流在多物理场耦合情况下准确及高密度沉积是关键。为了有效研究线性阵列针头近场直写有序纤维过程中各参数对纤维沉积间距的影响，采用正交试验设计法，发现了针长、针间距、电压及极距对纤维沉积间距的交互作用及敏感度，并研究了阵列多针下各参数对纤维沉积间距的影响作用。最后提出并验证了旋转阵列针头来提高纤维密度的方法，实验结果对未来高效准确直写微纳结构具有一定指导作用。

关键词：近场直写;多针头;电流体动力学;多物理场耦合

DOI：10.15938/j.jhust.2020.01.025

中图分类号： O442;Q819

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2020）01-0159-06

Abstract：Near-field electrospinning（NFES） direct-writing of linear multi-nozzle is a highly efficient electrohydrodynamic technique for mass-volume fabricating micro-nano structuresTo control charged jets to deposit aligned nanofibers accurate and denser with multi-physical coupling during linear multi-nozzle NFES process was crucial concernIn order to study the influence of electrospinning parameters on deposition distance of aligned nanofibers during linear multi-nozzle NFESWith orthogonal experimental design， the influence and sensitivity of needle length， needle spacing and applied voltage on deposition distance is investigatedMoreover， the method of improving density of aligned nanofibers by rotating multi-nozzle setup is proposed and provedThis study can be greatly contributed to guide to direct-write micro/nano structures in high-efficient and accurate way-Keywords：near-field electrospinning; multi-nozzle; electrohydrodynamic; multi-physics coupling

0 前 言

有序纳米纤维及其衍生结构具有优越的机械、电气及光学性能，在组织工程支架、表皮电子、柔性显示器等领域展示了巨大潜能[1-5]。其中，电子束光刻、聚焦离子束等传统机械直写技术能够制备清晰的微纳米图案，但因其复杂的工艺及高成本，限制了其工业应用[6-9]。如何高效、环保及高适应性地制备有序连续图案成为研究热点。

鉴于电流体动力近场喷印初始射流沿直线喷射特点，孙道恒等[10]提出近场静电纺丝（NEFS）喷印/直写技术，有效克服了传统静电纺丝射流不稳定导致的准确定位困难的问题，利用纺丝射流稳定段实现了微纳结构的连续、可控直写，目前大部分集中在探究近场直写过程中的定位沉积及纤维形貌上[11]。……