本实用新型属于半导体材料制备技术领域，涉及一种高效的静电纺丝装置。
背景技术：
工业技术的发展，化石燃料的燃烧，伴随而来的是空气污染、水污染及土壤污染等环境问题。近年来，环境问题已成为亟待解决的重大问题，同时也促进了各类环境探测仪器发展。半导体材料因其独特的气敏性能，深受科研工作者的青睐，成为制备高性能、便捷气敏探测器件的基础。
目前，半导体材料制备常见的方法包括固相法、气相法及液相法。液相法反应条件可控，制备产物缺陷少、适应性好，成为半导体材料制备中最常用的方法。液相法包括磁控溅射法、水热法、溶胶凝胶法、静电纺丝法等，其中的静电纺丝法因制备产率高、获取的样品比表面积大而成为深受欢迎的一种液相材料制备方法。中国专利cn103898622b公开了一种静电纺丝装置及其静电纺丝喷头清洗方法，该装置中喷头上部分是中空结构，侧壁设有通孔，喷头下部分是实心锥形的复杂结构，难于在产业化中批量生产制造，并且存在无法一步合成多功能复合材料的问题，进而成为限制材料性能提升的瓶颈。中国专利cn203247343u公开了一种实验室微流控静电纺丝装置，采用三通阀解决无法一步合成多元纤维的问题，但往往因前驱液在三通阀内发生反应，容易形成沉淀物堵塞通道。上述专利公开的静电纺丝装置在材料制备过程中，存在制备样品向外飞散的现象，无法高效地将制备样品收集到收集板上，造成样品产率下降，同时，向外飞散的纳米纤维会危害操作人员的健康。
技术实现要素：
本实用新型的目的提供一种高效的静电纺丝装置，能防止静电纺丝向外飞散，提升产率，并且能避免操作人员的健康受到危害。
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种高效的静电纺丝装置，包括收集板、两个试剂通道以及位于试剂通道与收集板之间的电子漏斗，该电子漏斗包括多个电阻组和并排设置的多个外径相同的导电金属环，该多个导电金属环的内径均不相同，多个导电金属环按内径逐渐增大的顺序依次排列，形成一个圆柱筒体，该圆柱筒体的内径为圆台形；相邻两个导电金属环不相接触；电阻组由多个电阻串联而成，所有电阻组中所有电阻的阻值均相同，且多个电阻组均布于该圆柱筒体的侧壁上，所有电阻组均与所有的导电金属环相连；内径最小的导电金属环与电阻组中和该内径最小导电金属环相邻的电阻r1的自由端相连，内径最小的导电金属环接可调直流电源的正极；相邻两个导电金属环之间设置电阻组中的一个电阻；内径最大的导电金属环与收集板相邻，所有电阻组中与收集板相邻的电阻rn位于收集板和内径最大的导电金属环之间；与收集板相邻的电阻rn朝向收集板的一端和收集板直接相连；所有的导电金属环通过绝缘连杆相连；收集板接高压直流电源的负极和可调直流电源的负极；内径最小的导电金属环接可调直流电源的正极，高压直流电源的正极接试剂通道。
本实用新型静电纺丝装置具有如下优点：
1）采用距离及角度任意可调的两通道样品传送方式，使多种前驱液在特定反应区域内混合，既解决了单轴方式无法一步合成多功能复合材料及同轴或多针头复合方式加工难，成本高的问题，又解决了因前驱液反应造成样品送入通道内堵塞的问题。
2）样品送入通道采用三通阀，外加保护氮气，尽可能避免前驱液受环境中其他物质的影响，提高了样品的纯度。
3）在原有静电纺丝装置基础上增加了离子漏斗，一方面有效提高了制备样品的产率，另一方面可有效防止向外飞散的纳米纤维危害操作人员的健康。
附图说明
图1是本实用新型静电纺丝装置的整体结构示意图。
图2是本实用新型静电纺丝装置中离子漏斗的示意图。
图3是本实用新型静电纺丝装置中样品送入通道的示意图。
图4是本实用新型静电纺丝装置工作时，纺丝形成的泰勒锥及射流在离子漏斗中央区域传输的示意图。
图中：1.第一注射器推送杆，2.第一注射器管，3.第一喷头，4.高压直流电源，5.第一纤维软管，6.第一支路，7.第一三通，8.氮源，9.第二注射器推送杆，10.第二注射器管，11.第二喷头，12.第二纤维软管，13.第二支路，14.第二三通，15.可调直流电源，16.钨灯，17.电阻组，18.收集板，19.反应区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
如图1所示，本实用新型静电纺丝装置，包括电子漏斗、收集板18、钨灯16和两个试剂通道；
如图2所示，本实用新型静电纺丝装置中的电子漏斗，包括并排设置的多个外径相同的导电金属环和多个电阻组17，该多个导电金属环的内径均不相同，多个导电金属环按内径逐渐增大的顺序依次排列，形成一个圆柱筒体，该圆柱筒体的内径为圆台形；相邻两个导电金属环不相接触；电阻组17由多个电阻（r1、r2……rn）串联而成，所有电阻组17中所有电阻的阻值均相同，且电阻组17均布于该圆柱筒体的侧壁上，即所有电阻组17均与所有的导电金属环相连；内径最小的导电金属环与电阻组17中和该内径最小导电金属环相邻的电阻r1的自由端相连，内径最小的导电金属环接可调直流电源15的正极；相邻两个导电金属环之间设置电阻组17中的一个电阻，即电阻组17中与内径最小导电金属环相邻的电阻r1位于内径最小导电金属环和内径第二小的导电金属环之间，所有电阻组17中的电阻rn-1位于内径最大导电金属环和内径第二大导电金属环之间；也就是，导电金属环与电阻组17中的电阻间隔设置；内径最大的导电金属环与收集板18相邻，所有电阻组17中与收集板18相邻的电阻rn位于收集板18和内径最大的导电金属环之间。
与收集板18相邻的电阻rn朝向收集板18的一端和收集板18相连。
所有的导电金属环通过绝缘连杆相连。
两个试剂通道中的一个试剂通道包括依次相连的第一喷头3、第一纤维软管4和第一支路6；第一喷头3采用金属制成，第一喷头3安装于第一注射器管2的出口上，第一注射器管2内设有可沿第一注射器管2内壁往复移动的第一注射器推送杆1；第一喷头3接高压直流电源4的正极；第一支路6安装于第一三通7内，并贯穿第一三通7的两个直通口，第一三通7的第三个口通过第一气管与氮源8相连，第一支路6的两端分别从第一三通7的两个直通口伸出，第一支路6的一端与第一纤维软管5相连，第一支路6的另一端朝向内径最小的导电金属环，第一三通7与第一支路6和第一气管密封连接。
另一个试剂通道包括依次相连的第二喷头11、第二纤维软管12和第二支路13；第二喷头11采用金属制成，第二喷头11安装于第二注射器管10的出口上，第二注射器管10内设有可沿第二注射器管10内壁往复移动的第二注射器推送杆9；第二喷头11接高压直流电源4的正极；第二支路13安装于第二三通14内，并贯穿第二三通14的两个直通口，第二三通14的第三个口通过第二气管与氮源8相连，第二支路13的两端分别从第二三通14的两个直通口伸出，第二支路13的一端与第二纤维软管12相连，第二支路13的另一端朝向内径最小的导电金属环；第二三通14与第二支路13和第二气管密封连接。
收集板18接高压直流电源4的负极和可调直流电源15的负极。
离子漏斗由导电金属环、绝缘连杆及若干个一定阻值的电阻连接构成，首先利用solidworks机械制图软件绘制出离子漏斗的各个零件部分，并组装为装配体结构保存；其次利用semion5.0软件模拟带电离子在电场中的运动情况，通过带电离子的运动情况调整机械设计的零件尺寸及安装位置；最后根据最佳安装位置、尺寸及构成离子漏斗的各金属环所加电压，选择合理的分压电阻值，进而设计出合理的离子漏斗。
使用本实用新型静电纺丝装置时：将第一注射器管2和第二注射器管10均安装在注射器推送机构平台上。将第一试剂溶液注入第一注射器管2内，将第二试剂溶液注入第二注射器管10内。将第一注射器推送杆1的一端对准第一注射器管2，第二射器推送杆9的一端对准第二注射器管10，第一注射器推送杆1的另一端和第二射器推送杆9的另一端均与推送机构相连。启动推送机构、高压直流电源4和可调直流电源15。高压直流电源4输出10～20kv的直流高压电，在试剂通道和收集板18之间形成横向的高压电场。推送机构推动第一注射器推送杆1和第二注射器推送杆9移动，使得第一注射器管2内的第一试剂溶液流入第一针头3，进入第一针头3的第一试剂溶液在直流高压电的作用下离子化，离子化后的第一试剂溶液流经第一纤维软管6和第一支路7，并从第一支路7朝向电子漏斗直径较小端的端口喷出；第二注射器管10内的第二试剂溶液进入第二针头11，进入第二针头11内的第二试剂溶液在直流高压电作用下离子化，离子化后的第二试剂溶液流经第二纤维软管12和第二支路13，并从第二支路13朝向电子漏斗直径较小端的端口喷出；调节可调直流电源15的直流电压，为从第一支路6喷出的离子化后的第一试剂溶液和从第二支路13喷出的离子化后的第二试剂溶液向离子漏斗直径最小端的中央区域汇聚提供纵向电场，并在离子漏斗直径最小端形成反应区19，如图3所示；调节第一支路7与第二支路13之间的夹角及距离，使得喷出的离子化后的第一试剂溶液和离子化后的第二试剂溶液进入反应区19，实现不同试剂溶液的复合，形成纺丝；在高压电场的作用下，复合形成的纺丝形成泰勒锥及射流，并在离子漏斗中央区域传输，如图4所示；提高样品产率，并解决因制备纺丝向外飞散给造成人员伤害的问题。
钨灯16为纺丝的快速形成提供较强光源，并使样品快速固化。
收集板18用于收集所制备的纳米纤维沉积物。
试剂溶液送入试剂通道后，可以通过氮源8向三通内提供氮源，进行外加保护，尽可能避免前驱液受环境中其他物质的影响，提高了纺丝的纯度。
纺丝过程中，电阻组17中的电阻在整个电子漏斗里起到分压的作用，更加合理地分配离子加速场。
1.一种高效的静电纺丝装置，包括收集板（18）和两个试剂通道，其特征在于，该静电纺丝装置还包括位于试剂通道与收集板（18）之间的电子漏斗，该电子漏斗包括多个电阻组（17）和并排设置的多个外径相同的导电金属环，该多个导电金属环的内径均不相同，多个导电金属环按内径逐渐增大的顺序依次排列，形成一个圆柱筒体，该圆柱筒体的内径为圆台形；相邻两个导电金属环不相接触；电阻组（17）由多个电阻串联而成，所有电阻组（17）中所有电阻的阻值均相同，且多个电阻组（17）均布于该圆柱筒体的侧壁上，所有电阻组（17）均与所有的导电金属环相连；内径最小的导电金属环与电阻组（17）中和该内径最小导电金属环相邻的电阻r1的自由端相连，内径最小的导电金属环接可调直流电源（15）的正极；相邻两个导电金属环之间设置电阻组（17）中的一个电阻；内径最大的导电金属环与收集板（18）相邻，所有电阻组（17）中与收集板（18）相邻的电阻rn位于收集板（18）和内径最大的导电金属环之间；与收集板（18）相邻的电阻rn朝向收集板（18）的一端和收集板直接相连；所有的导电金属环通过绝缘连杆相连；收集板（18）接高压直流电源（4）的负极和可调直流电源（15）的负极；高压直流电源（4）的正极接试剂通道。
2.根据权利要求1所述的高效的静电纺丝装置，其特征在于，该静电装置还包括钨灯（16）。
3.根据权利要求1所述的高效的静电纺丝装置，其特征在于，所述试剂通道包括静依次相连的喷头、纤维软管和支路；喷头采用金属制成，喷头安装于注射器管的出口上，注射器管内设有可沿注射器管内壁往复移动的注射器推送杆；喷头接高压直流电源（4）的正极；支路安装于三通内，并贯穿三通的两个直通口，三通的第三个口通过气管与氮源（8）相连，支路的两端分别从三通的两个直通口伸出，支路的一端与纤维软管相连，支路的另一端朝向电子漏斗内径最小的导电金属环；三通与支路和气管密封连接。
技术总结