專利名稱：：制作卷繞和屈曲電紡絲纖維結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：0001本發(fā)明涉及具有非常小巻繞的電紡絲纖維的生產(chǎn)，所述電紡絲纖維具有手性結(jié)構(gòu)特征，并且可以被用作負折射結(jié)構(gòu)，在光子學(xué)中用于電磁波控制；或被用作右手巻繞和左手巻繞的混合物，在醫(yī)療應(yīng)用中作為纖維結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：0002眾所周知，可以使用電紡絲技術(shù)生產(chǎn)納米纖維。然而，這些技術(shù)存在一些問題，這是因為一些可紡液體非常粘稠而且需要的力比電場放電之前可以提供的電場力更大，即在空氣中存在電介質(zhì)擊穿。而且，這些技術(shù)還存在的問題是需要更高的溫度，這是因為高溫可以提高結(jié)構(gòu)部分的電導(dǎo)率，但是高溫使高電場的控制變得復(fù)雜。0003許多專利以及一般文獻已經(jīng)描述了能夠形成纖維的液體和/或溶液的電紡絲技術(shù)或靜電紡絲技術(shù)。電紡絲處理通常包括在液體表面產(chǎn)生電場。產(chǎn)生的電場力形成一股攜帶電荷的液體流。因此，該液體射流在合適的電勢下可以被其它帶電的物體吸附。隨著該股液體射流的延伸和傳播，其將硬化干燥。延伸的液體射流硬化干燥可通過以下方式產(chǎn)生通過液體冷卻，即在室溫下該液體通常是固體；可以通過蒸發(fā)溶劑，例如脫水(物理促使硬化)；或者可以通過固化機理(化學(xué)促使硬化)。生產(chǎn)的纖維被收集在適當放置的帶相反電荷的接收器中，并且隨后可根據(jù)需要被移開，或直接被施加到帶相反電荷的廣義目標區(qū)域。0004通過這種處理生產(chǎn)的纖維已經(jīng)被用于多個申請中，諸如序列號為4,043,331和4,878,908的美國專利，其中它們對于生產(chǎn)適于用于創(chuàng)傷敷料的非織(non-woven)氈是有用的。這些美國專利清楚的表明結(jié)實的非織氈可被制成包括多種有機纖維(即聚合物)，及通過靜電紡4紗來自由材料或前體構(gòu)成的液體的纖維而生產(chǎn)的材料。這些纖維被收集在帶適當電荷的接收器中并且可以隨后被移開。0005使用電紡絲纖維的一個主要優(yōu)點是可以生產(chǎn)非常細的纖維，其直徑大約為50nm到25um量級，而且更優(yōu)選直徑大約為lOnm到5um量級。這些纖維可以被收集并且可以被制成任何所需形狀和厚度的非織氈。應(yīng)了解，因為纖維的直徑非常小，所以可以生產(chǎn)帶有非常小的縫隙而且單位質(zhì)量表面積大的氈，這是決定氈的多孔性的兩個重要特性。0006除了為生產(chǎn)的任何非織氈中纖維的直徑、形狀、厚度、或多孔性提供可變性外，電紡絲纖維的性能還允許纖維的成分、它們的沉積密度、以及它們固有強度的可變性。通過改變電紡絲纖維的成分，應(yīng)了解可以獲得具有不同物理或化學(xué)性質(zhì)的纖維。這可以通過旋轉(zhuǎn)包含多種成分的液體來實現(xiàn)，其中每種成分都可以為最終產(chǎn)品提供一種所需的特性，或者通過同時紡織多種液體源來實現(xiàn)，使不同成分的纖維同時沉積來制成氈。當然，生產(chǎn)的氈將由不同材料緊密摻雜的纖維構(gòu)成?？蛇x地，可能生產(chǎn)具有多種不同材料的不同纖維層(或相同材料但不同特性的纖維，如直徑)的墊，例如，隨著時間改變沉積在接收器上的纖維類型。0007如上所述，電紡絲包括在電場中產(chǎn)生一股液體射流。該股液體射流隨著其向目標傳播而延伸并且硬化或變干?？梢砸愿鞣N周期和對稱排列收集巻繞，并且還可以隨機收集。硬化或變干的速率還取決于諸如該股液體射流的路徑長度等因素。反過來，這會影響非織制品的物理屬性。0008通過液體射流屈曲和通過電驅(qū)動彎曲不穩(wěn)定來形成巻繞和巻繞排列的屬性。(DarrellH.Reneker，AlexanderL.Yarin，HaoFong禾口SureepornKoombhongse，"Bendinginstabilityofelectricallychargedliquidjetsofpolymersolutionsinelectrospinning"(電紡絲中帶電聚合物溶液射流的彎曲不穩(wěn)定性)，JournalofAppliedPhysics(應(yīng)用物理期刊)，87巻，4531頁到4547頁，2000年5月。)0009J.B.Pendry于2004年11月19日在科學(xué)雜志第306巻第1353頁到1355頁發(fā)表的題目為"AChiralRoutetoNegativeRefraction(負折射的手征路徑)"的論文，建議使用聚合物巻繞和更大尺寸的鍍膜聚合物巻繞，并且提出手性共振比目前使用的負折射結(jié)構(gòu)具有可選性或優(yōu)勢，該論文作為參考并入本文。術(shù)語手性和手征通常用來描述無重疊鏡像的物體。序列號為7106918的美國專利教導(dǎo)結(jié)構(gòu)手性材料可以演示磁回旋磁性。使用的結(jié)構(gòu)材料至少有一種是結(jié)構(gòu)上連續(xù)的手性材料。因此，這些特性可能產(chǎn)生所需的屬性和應(yīng)用，諸如光子結(jié)構(gòu)或其它應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容0010用于制造巻繞和屈曲電紡絲纖維的設(shè)備和方法，其包括(a)提供了溶于有機溶劑的聚合物溶液和制造電紡絲纖維的裝置；(b)使聚合物溶液處于電場中以使至少一個纖維被電紡絲；(c)使形成的纖維受電場屈曲不穩(wěn)定和機械屈曲不穩(wěn)定，據(jù)此形成巻繞和屈曲纖維；(d)在收集器(collector)上收集至少一個纖維，以便生產(chǎn)纖維結(jié)構(gòu)。0011圖1是彎曲不穩(wěn)定的電紡絲射流的相片。0012圖2是設(shè)置有橫向可移動傾斜收集器的電紡絲裝置的示意圖。0013圖3是電紡絲射流在不同階段的一系列數(shù)碼照相機相片。0014圖4是電紡絲纖維的一系列光學(xué)顯微圖像和掃描電子顯微圖0015圖5是電紡絲射流的一系列高速照相機相片，并且顯示電壓下降的時間效應(yīng)。0016圖6是屈曲電紡絲的左旋聚丙交酯(PLLA)纖維的一系列光學(xué)顯微相片。0017圖7顯示具有巻繞和皺褶屈曲的連續(xù)電紡絲PLLA纖維。0018圖8顯示屈曲和彎曲的電紡絲尼龍6纖維。0019圖9是顯示與具有電場屈曲度不穩(wěn)定的巻繞疊加的尼龍6納米纖維屈曲巻繞的相片。具體實施例方式0020本發(fā)明提供通過控制電紡絲處理來制造尺寸在小于1微米與幾百微米之間變化的微小巻繞的方法。巻繞的手性是可控的從而制造具有所需特性和應(yīng)用的纖維。可以通過電驅(qū)動屈曲使射流巻繞，并且如果在收集器上停止電驅(qū)動屈曲，則在其上形成不同的屈曲巻繞。0021可以通過釆用電驅(qū)動彎曲不穩(wěn)定和/或機械屈曲巻繞使負折射效應(yīng)延伸至短波，來通過電紡絲制造納米纖維，即納米級纖維。主體結(jié)構(gòu)是巻繞聚合物纖維，在一些情況下可以通過策略地放置光學(xué)非均勻鍍層或包裹體來增加主體結(jié)構(gòu)。0022術(shù)語屈曲的目的是表示使用機械力或電場使電紡絲生產(chǎn)的纖維屈曲。在這種情況下，例如，對射流施加適當頻率和方向的橫向電場，當射流到達纖維收集器或被收集到纖維收集器時其成為纖維。因為對仍是液體的射流進行屈曲，所以在射流被屈曲后形成纖維。0023術(shù)語電場彎曲的目的是表示伴隨帶電射流的不穩(wěn)定特性的發(fā)生的射流彎曲。原則上通過控制施加在電紡絲處理中的電壓以及形成纖維的聚合物的濃度和粘度實現(xiàn)電場屈曲。0024本發(fā)明的巻繞纖維可以被巻繞的聚合物纖維鍍膜，所述巻繞纖維可以通過電導(dǎo)體、金屬或磁鍍層鍍膜。具有對比電磁屬性的結(jié)構(gòu)或材料可以支持巻繞來形成薄片，薄片內(nèi)的巻繞可以隨機排列或沿著電磁波或光子方向排列。0025如圖1所示，電紡絲產(chǎn)生長的規(guī)則的巻繞。如圖7、圖8和圖9所示，這些巻繞的控制可以導(dǎo)致有用的負折射結(jié)構(gòu)。該處理用來形成均勻巻繞、負折射效應(yīng)測試及有用設(shè)備。常規(guī)模式中的部分鍍膜也可以被應(yīng)用到巻繞的聚合物弦(polymerchordsofthecoils)從而增強電荷與光子的相互作用。通過已知處理用蒸發(fā)金屬鍍膜，可以將巻繞制成電導(dǎo)體或磁體。0026三維納米纖維排列具有高介電對比度，其可以通過改變納米纖維直徑與納米纖維之間間距的比率而變化。與此同時，通過光波長(例如，500nm)設(shè)定最佳間距少于100nm。電紡絲固有的電力被利用從而形成直線納米纖維的光子排列，或形成可以與圓偏振輻射相互作用的巻繞納米纖維排列。0027在該
技術(shù)領(lǐng)域：
已知的，用金屬和其它材料鍍膜聚合物巻繞的方法，例如可以參見WenxiaLiu，MatthewGraham，EdwardA.Evans以及DarrellH.Reneker所著作的"Poly(meta-phenyleneisophthalamide)nanofibers:coatingandpostprocessing"(聚間苯二甲酰間苯二胺纟內(nèi)米纖維鍍膜與后續(xù)處理)，JournalofMaterialResearch(材料研究期刊)(2002)17(12)，3206-3212。從一個方向蒸發(fā)金屬到巻繞聚合納米纖維上將生成金屬"開口環(huán)諧振腔(splitringresonator)"等同于CostasM.Soukoulis,StefanLinden以及MartinWegener所著的"Negativerefractiveindexatopticalwavelengths(光學(xué)波長的負折射率)"(科學(xué)第315巻，47到49頁，2007年1月5日)所描述的內(nèi)容。0028通過電紡絲射流屈曲連續(xù)快速地形成巻繞在光子結(jié)構(gòu)制造，尤其在引入手性巻繞結(jié)構(gòu)中提供了優(yōu)勢?？梢援a(chǎn)生直徑比激發(fā)的電磁輻射波長短的左手或右手巻繞。其直徑可以與可見光波長一樣短，或通過控制屈曲處理，制作稍大尺寸直徑的巻繞。通過使用引導(dǎo)屈曲開始方向的旋轉(zhuǎn)電場可以實現(xiàn)這個控制，從而形成右手或左手巻繞。在向右或左的第二位移后的適當時間收集器在徑向上的機械位移也可以控制顯現(xiàn)的巻繞的手性。0029可以提供橫向電場的設(shè)備非常簡單而且被人們所熟知。參看，例如，Pohl,H.A.(1978)Dz'e/ec鄉(xiāng)/zore*(介電泳)，CambridgeUniversityPress(劍橋大學(xué)出版社)，劍橋，其公開內(nèi)容作為參考并入本文。這些只是電連接的排列，從而使其在鄰近的電極之間存在90'的相位差以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電場。當射流接近收集器時，在開始巻繞射流時使用旋轉(zhuǎn)電場影響來自電紡絲裝置的射流的手性。0030確定主要電場屈曲不穩(wěn)定開始附近的射流路徑的行為對有序的收集電紡絲產(chǎn)生的納米纖維非常重要。使用幀速率高、曝光時間短的攝像機觀察穩(wěn)定射流。收集處理非常復(fù)雜但是在一定范圍內(nèi)是可以預(yù)測的，如果下述的考慮被并入到該設(shè)計和生產(chǎn)處理中，那么可以設(shè)結(jié)構(gòu)的纖維。0031在路徑直線段的液體射流以及在主要電場屈曲不穩(wěn)定巻繞中更多的固態(tài)納米纖維被收集在靜止和移動的表面。如果其它參數(shù)不變，則射流的直徑和特有路徑取決于孔口與收集器之間的精確距離。移動收集器表面導(dǎo)致各種收集的巻繞被代替而不是疊加。在移動面上收集的纖維取決于發(fā)生的電場不穩(wěn)定和機械不穩(wěn)定。如果直線段是純液體如果直線段是純液體，則射流在收集器上形成一系列小的靜止液滴，當射流更趨近固體時，發(fā)生屈曲并且在接近射流接觸表面的點產(chǎn)生小的復(fù)雜的環(huán)。在直線段收集和電驅(qū)動的電場屈曲不穩(wěn)定的第一巻繞期間屈曲是明顯的。移動的傾斜收集器用于收集纖維。表面速度可以達到大約每秒5米。這個速度與接近表面的硬化射流速度相當。產(chǎn)生了與不穩(wěn)定相關(guān)的，兩兩粘合和不粘合的多種環(huán)結(jié)構(gòu)。0032這項工作使用的射流是用聚環(huán)氧乙烷、尼龍6、聚乳酸、和其它聚合物溶液制成。許多溶劑用于溶解一些聚合物，當溶劑或濃度改變時，射流路徑的細節(jié)隨之改變。射流從孔口直徑約為160pm的玻璃毛細管上的垂懸滴流出。在孔口和收集器之間采用的電勢差范圍是500v到13000v。孔口與接地收集器的距離變化范圍是lmm到30cm。在直線段觀察與射流相關(guān)的直徑大約為10um的干涉色。顏色模式是穩(wěn)定的，表明處理變化非常小。0033本參考中的多種屈曲巻繞顯示基于"e"形列、"8"形列、和成排半圓屈曲列、等的諧振腔可以用來構(gòu)建更復(fù)雜的具有不同諧振頻率，并且在每個元件中具有許多共振的諧振腔。0034可以根據(jù)所選對稱度安排諧振腔，例如平移對稱、平面隨機位置、軸對稱、鏡像對稱等。該結(jié)構(gòu)可以被設(shè)置成具有隨著平面中的位置改變而變化的諧振頻率以便提供不同頻段的空間間隔、用不同方法生產(chǎn)類似可以把白光顏色分開的棱鏡效果、或?qū)崿F(xiàn)各種其它此類功能?？梢酝ㄟ^收集旋轉(zhuǎn)圓柱體上的巻繞、通過在紡織編制工業(yè)中使用的處理、通過多層二維排列、和通過三維編織程序，制作三維排列。0035在一個實例中，使用摩爾質(zhì)量是如0,000g/mo1、重量比是6%的聚環(huán)氧乙垸(PEO)蒸餾水溶液，摩爾質(zhì)量是152,000g/mo1、濃度為5%的左旋聚丙交酯(PLLA)六氟異丙醇(HFIP)溶液，濃度為10%的尼龍6的六氟異丙醇(HFIP)和甲酸混合溶液，其中HFIP與甲酸的重量比是8:2，制備纖維。高壓電源型號是JEOL-5310并且掃描電子顯微鏡是奧林巴斯51BX型光學(xué)顯微鏡。0036使用一端帶有2cm長毛細管的玻璃移液管盛放聚合物溶液。毛細管內(nèi)部直徑是160pm。將銅線沉浸在溶液中并且使其與高壓電源連接，此高壓電源可以產(chǎn)生高達13KV的直流電壓。接地的平板位于毛細管尖端的下面用作收集器，其可以以03m/s的速度移動。毛細管與收集器之間的距離可以在lmm到100mm之間調(diào)整。連接在收集器與接地線之間的電流表用來測量電紡絲射流攜帶的電流。使用光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察收集的纖維。0037當施加的電場力大于表面張力時，電紡絲射流是從液體表面噴射的連續(xù)液體流，射流離開尖端直線移動一段距離，然后變得不穩(wěn)定并且屈曲成圖1所示的巻繞環(huán)。這種不穩(wěn)定現(xiàn)象即為著名的電驅(qū)動屈曲不穩(wěn)定。當噴絲頭與接地收集器之間的距離被減少到少于直線段的長度時，不發(fā)生屈曲不穩(wěn)定，而僅僅產(chǎn)生直線射流。0038屈曲不穩(wěn)定作為隨距離變化的函數(shù)由連續(xù)增加的從尖端到收集器的距離表明。如圖2所示，電紡絲噴絲頭12被聚合物充滿(未顯示)，以流束16的形式通過孔口14流出。通過電源18和導(dǎo)體20提供靜電力。如圖1所示，靜電力效應(yīng)使該流束變得不穩(wěn)定并且屈曲成巻繞環(huán)。傾斜的接地收集器22被設(shè)置位于電紡絲噴絲頭14的下方。尖端到收集器的距離被設(shè)置為lmm，然后如箭頭24所示，橫向移動傾斜的收集器。使用電流表26來測量和控制電流。0039使用重量比為6%的PEO水溶液；尖端與收集器表面之間的距離可以隨著傾斜收集器的移動連續(xù)地從lmm增加到75mm。當噴絲頭的直徑是160um時，噴絲頭與收集器之間的電壓是5.4KV。0040使用數(shù)碼相機和高速相機記錄電紡絲射流的形態(tài)。菲涅爾透鏡在電紡絲射流的位置產(chǎn)生會聚錐體照明。菲涅爾透鏡的不透明圓盤阻止弧光燈的光進入相機，但是射流散射的進入相機的光足夠觀察射流路徑。0041圖3顯示電紡絲射流不同階段的結(jié)果。當射流從尖端發(fā)射時，其直線移動到收集器并且產(chǎn)生直線射流，觀察不到屈曲不穩(wěn)定。當射流流向收集點時，通常觀察到諸如圖6、7、8和9所示的屈曲巻繞。數(shù)碼相機和高速相機圖像都顯示直線射流。當距離增加到53mm時，數(shù)碼相機顯示射流的模糊圖像，高速相機圖像顯示開始產(chǎn)生的屈曲不穩(wěn)定。巻繞環(huán)的半徑增加并且沿著曲線傳播，而且以大約25m/s的速度向下移動。0042隨著收集距離的進一步增加，數(shù)碼相機顯示干涉色和屈曲不穩(wěn)定的巻繞環(huán)。射流沿著垂直方向屈曲和撞擊傾斜板。每次重復(fù)這個實驗，連續(xù)橫向移動的收集器只收集一個單個的電紡絲纖維。光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡圖像(圖4-al到圖4-c2)顯示包括不同形態(tài)信息的該纖維與電紡絲射流不同階段相對應(yīng)。可以控制直線的電紡絲射流產(chǎn)生粘合稠密包裝的屈曲纖維(圖4-al)。這些纖維段具有寬廣的直徑分布范圍，其范圍可以從300nm到lpm(圖4-a2)。剛開始屈曲不穩(wěn)定后，屈曲射流產(chǎn)生小的電驅(qū)動屈曲環(huán)(圖4-bl，環(huán)的直徑范圍是5020(Vm)，小的電驅(qū)動屈曲環(huán)構(gòu)成微小的粘合屈曲纖維。纖維的直徑具有較窄的范圍分布，其主要圍繞在200300nm(圖4-b2)。完全屈曲的射流產(chǎn)生由100nm尺寸的纖維(圖4-c2)制作的大環(huán)(圖4-cl);這些纖維中的一些被屈曲，另一些纖維未被屈曲。<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表I.觀察電場彎曲和機械屈曲巻繞/鈹褶得到的數(shù)據(jù)0043從這些測試中，可以看出直線射流轉(zhuǎn)變成屈曲巻繞環(huán)有一個過渡階段。下述的高速相機圖像顯示來自直線電紡絲射流的電驅(qū)動屈曲不穩(wěn)定的開始和發(fā)展。0044噴絲頭的直徑是160um。纖維合成物的聚環(huán)氧乙烷(PEO)水溶液的重量比是6%，其中PEO的摩爾質(zhì)量是400,000g/mo1。噴絲頭到收集器的距離是53mm，并且噴絲頭與收集器之間施加的電壓如圖5所示隨時間變化。0045當電壓被設(shè)置為5.5KV時(圖5)，射流的直線段部分從尖端延伸至收集器。電壓降至5.4KV—段時間后(圖5)，在尖端下面大約36mm處開始形成屈曲不穩(wěn)定(圖6，0.5ms)。1.5ms后，屈曲不穩(wěn)定移后至大約43mm處(圖6，2.0ms)。在3.0ms時，在大約30mm處形成新的屈曲不穩(wěn)定(圖6，3.0ms)。在4.5ms時，第一個屈曲不穩(wěn)定即將消失，而且在30mm處仍舊開始新的屈曲不穩(wěn)定(圖6，4.5ms)。屈曲不穩(wěn)定更完全地發(fā)展。在6.0ms和7.5ms時，屈曲不穩(wěn)定繼續(xù)在30mm處開始而且以4m/s的速度向下移動(圖6，6.0ms，7.0ms)。如果提高電壓，則不穩(wěn)定消失而且直線段到達收集器。0046入射到表面的液體射流的周期性屈曲是顯著的液體機械不穩(wěn)定。粘性射流的屈曲的物理解釋是粘性射流根據(jù)沿著其軸線的速度梯度可以拉伸或壓縮。如果射流的軸向壓力達到足夠值，則其可以對細長實體柱的屈曲產(chǎn)生流體力學(xué)模擬。在電紡絲處理中，僅僅在電紡絲射流承受足夠壓力的收集器上方發(fā)生屈曲不穩(wěn)定。0047雷諾數(shù)和下落高度是決定無電場情況下屈曲開始的兩個參數(shù)，所述屈曲開始行為有些像高度變化。當液體雷諾數(shù)比臨界雷諾數(shù)(1.2)大時，射流將保持穩(wěn)定并且不發(fā)生屈曲。如果孔口與平板收集器之間的距離少于臨界下落高度時，則不發(fā)生屈曲。皺褶和巻繞是兩種屈曲不穩(wěn)定。通常它們發(fā)生在不同條件下，所述條件由液體的屬性和射流的流動特性決定。0048如圖5所示，收集器距離從左到右增加并且電紡絲射流以直線射流開始，并逐漸變成屈曲巻繞環(huán)。屈曲不穩(wěn)定自始至終伴隨纖維發(fā)生，并且該屈曲形成巻繞。這些巻繞的尺寸維持在直徑大約為10um的狹窄范圍內(nèi)。直線的電紡絲射流和電場屈曲電紡絲射流都發(fā)生屈曲不穩(wěn)定。在發(fā)生電場屈曲不穩(wěn)定前后，屈曲巻繞的特征尺寸總是在10um范圍內(nèi)。這相當于，當其到達收集器時，射流速度將發(fā)生顯著變0049圖6顯示屈曲電紡絲PLLA纖維和PLLA電紡絲纖維包含的不同屈曲不穩(wěn)定的光學(xué)顯微鏡照片。對于這些照片，將Sigma-Alderich公司的摩爾質(zhì)量為52,000g/mol的左旋聚丙交酯(PLLA)溶解在六氟異丙醇(HFIP)中，制成重量比為5%的溶液。用與高壓電源連接的毛細管盛放PLLA溶液。毛細管的內(nèi)部直徑是160um。毛細管尖端到接地收集器的距離是20mm;電壓是1500V。在此條件下，不發(fā)生電場屈曲不穩(wěn)定，并且僅僅產(chǎn)生直線的電紡絲射流。使用光學(xué)顯微鏡觀察顯微鏡載玻片上收集的電紡絲纖維。如圖6所示，在一個連續(xù)的電紡絲PLLA纖維中包括鋸齒褶鈹和螺旋巻繞。圖6-a顯示正弦褶皺。圖6-b顯示螺旋巻繞。圖6-c和圖6-d顯示鋸齒褶皺。0050圖7顯示在電紡絲射流直線段產(chǎn)生的PLLA纖維中觀察到的屈曲現(xiàn)象。在這一情況下，噴絲頭中容納的PLLA溶液被連接在高壓電源上。毛細管的內(nèi)部直徑是160um。毛細管孔口到接地收集器的距離是20mm。收集器的移動速度是0.1m/s。電壓是1500V。在此條件下，不發(fā)生電場屈曲不穩(wěn)定，并且僅僅觀察射流的直線路徑。使用光學(xué)顯微鏡觀察顯微鏡載玻片上收集的屈曲纖維。這些纖維攜帶的大量電荷通過玻璃的導(dǎo)電面被迅速地驅(qū)散。產(chǎn)生正弦褶皺、鋸齒褶皺和螺距。屈曲波長大約在630um。頻率大約是104Hz。參看表I的數(shù)字數(shù)據(jù)。0051對于圖8所示的結(jié)果，將從Sigma-Alderich公司購買的尼龍6溶解在HFIP和甲酸混合溶劑中，制成重量比為10%的HFIP和甲酸溶液，其中HFIP與甲酸的重量比是8:2。噴絲頭的直徑是160um。當噴絲頭到收集器的距離在lmm到75mm之間變化時，電壓是3KV。使用光學(xué)顯微鏡觀察顯微鏡載玻片上收集的電紡絲纖維。以多種模式屈曲PLLA纖維，包括頂端巻繞、低端鋸齒、及一些介于二者之間的過渡形式。圖像水平邊沿的長度是0.7mm。0052圖9顯示與電場屈曲不穩(wěn)定巻繞重疊的尼龍6納米纖維的屈曲巻繞。屈曲巻繞的直徑基本相同，大約是15um。電場屈曲不穩(wěn)定的巻繞的直徑比較大，并且不斷增加。0053可以收集巻繞和屈曲纖維并且?guī)喞@和屈曲纖維本身可以被使用或作為添加物應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)，諸如用于填充顱骨動脈瘤、主動脈孔、動脈移植物等的填充合成物或設(shè)備。編織仿真織物具有對此類應(yīng)用有用的粘合巻繞的物理屬性。巻繞和不規(guī)則將使表面容易阻塞或堵塞孔，并且容易變成使堵塞功能穩(wěn)定。此外，巻繞和屈曲纖維可以進一步被當作是使用紡織編織技術(shù)、被用于多層或被加入其它層之間，來形成多維排列，包括使用三維編織處理。此外，可以用電導(dǎo)體材料、金屬、磁鍍層等為巻繞和屈曲纖維鍍膜，以便提供可以引導(dǎo)電磁波或光子的屬性，而且此類鍍膜纖維可以用來形成薄板或被設(shè)置在薄板內(nèi)以提供隨機安排的巻繞結(jié)構(gòu)。0054生產(chǎn)了間隔大約在20um到100um的納米纖維/微米纖維排列。通過電場屈曲電紡絲射流制造該排列。所用材料是溶解在甲酸的尼龍6(重量比是25%)。電紡絲是在電壓為3KV、尖端到接地收集器的距離是5mm、到尖端的直線段長度大約是2mm的條件下完成的。從尖端測量的開始屈曲不穩(wěn)定處到收集器的距離大約是3mm。當用單色光源的激光照射收集的纖維時，相干光束產(chǎn)生衍射圖，并且光束移動到收集纖維的不同部分產(chǎn)生不同的衍射圖，所有這些表明纖維可以用于光子設(shè)備。0055因此，可以看出結(jié)構(gòu)及其上述使用方法使本發(fā)明的目的得到滿足。盡管根據(jù)專利法規(guī)，只介紹和詳細描述了最佳模式和優(yōu)選實施例，應(yīng)當理解本發(fā)明不僅限于此。因此，為了領(lǐng)會本發(fā)明的真實范圍，請參考所列出的權(quán)利要求。權(quán)利要求1.制作卷繞和屈曲電紡絲纖維的方法，其包括以下步驟提供溶于有機溶劑中的聚合物溶液和用于電紡絲纖維的設(shè)備；提供電紡絲設(shè)備；對所述聚合物溶液施加電場，以使至少一個纖維被電紡絲；使形成的纖維受到電場彎曲不穩(wěn)定和機械屈曲不穩(wěn)定，從而形成卷繞和屈曲纖維；以及在收集器收集至少一個纖維，以生產(chǎn)出纖維結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述巻繞的直徑大約是100nm到500cm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述巻繞的直徑大約是lum到500飄。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述巻繞的直徑大約是lum到50cm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過向接近收集器的射流施加適當頻率的橫向電場模型來實現(xiàn)機械屈曲。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過向所述纖維施加橫向分量頻率大約為104Hz到106Hz的電場來實現(xiàn)機械屈曲。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述電紡絲設(shè)備的孔口與所述收集器之間施加的電場電壓大約是500V到13，000V。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述收集器位于距離所述電紡絲設(shè)備的所述孔口大約lmm到30cm處。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述纖維進一步用金屬鍍層、磁鍍層、或電導(dǎo)體鍍層鍍膜。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中光電磁波的傳導(dǎo)粒子吸收或折射在所述巻繞纖維內(nèi)實現(xiàn)。11.用于電紡絲至少一個聚合物纖維的裝置，其包括至少一個容器；至少一個設(shè)備，其用于電紡絲至少一個纖維，所述至少一個設(shè)備與所述至少一個容器流體連通；混合設(shè)備，其用于攪拌所述容器內(nèi)的流體；能夠產(chǎn)生電場的電源，所述能夠產(chǎn)生電場的電源可以與所述至少一個設(shè)備電連通；用于電場巻繞和機械屈曲所述纖維的裝置；以及用于收集所述電紡絲纖維的裝置。全文摘要用于制造卷繞和屈曲電紡絲纖維的設(shè)備和方法，其包括(a)提供溶于有機溶劑的聚合物溶液和制造電紡絲纖維的裝置；(b)對聚合物溶液施加電場以使至少一個纖維被電紡絲；(c)使形成的纖維受到電場彎曲不穩(wěn)定和機械屈曲不穩(wěn)定，以形成卷繞和屈曲纖維；(d)在收集器上收集至少一個纖維以生產(chǎn)出纖維結(jié)構(gòu)。文檔編號B32B1/00GK101437672SQ200780007831公開日2009年5月20日申請日期2007年1月22日優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日發(fā)明者D·雷內(nèi)克爾申請人:阿克倫大學(xué)