DOI:10.1016/j.polymertesting.2020.106865

许多用于研究精细流体结构的实验室实验技术，例如纤维纺丝、微流体和静电纺丝，都需要具有良好对比度的高质量图像。常见的观察和图像记录过程严重依赖于技术含量高的灯光和相机设置，而这些设置在某些工艺条件下很难操作，且价格昂贵。在此，研究者报告了一种使用LED背光成像的简便技术，以研究熔体静电纺丝和无管虹吸两种工艺中的超薄流体分布。该装置包括一个面向摄像机的简单LED光源，直接照射到摄像机镜头中。将研究的对象放置在相机和光源之间。高质量的捕获图像和视频记录可以在熔体静电纺丝过程中精确分析锥径和射流凝固，并提供无管虹吸的拉伸曲线。配备高分辨率摄像机的LED背光设置是研究亚微米级尺寸的有用工具，可用于纤维纺丝、微流体、溶液静电纺丝、接触角测量以进行表面性质分析等方面。

图1.背光设置的示意图。该物体放置在相机和LED光源之间。LED与物体之间的距离为10-20cm，而物体与相机之间的距离为10-50cm。

图2.配备背光摄影设置的PE熔体静电纺丝装置示意图；光源位于旋转射流后面，直接照亮了相机镜头。LED与物体之间的距离为18cm，而物体与相机之间的距离为43cm。利用这种技术，对该过程以及射流进行原位静态图像采集，以进一步分析锥形尺寸、射流数量、起始处的射流直径以及射流在喷射过程中经历相变时的凝固点。添加该图像是为了说明纺纱位置的概况，这是通过侧面照明设置和手机摄像头拍摄的。侧面照明设置照亮了整个板，为整个过程提供了更好的概览，其目的不是对射流进行详细的分析。

图3.配备背光摄影设置的无管虹吸PEO溶液的示意图。储液罐放置在LED光源和摄像头之间，以更好地显示细虹吸管。LED与物体之间的距离为15cm，物体与相机之间的距离为10cm。在虹吸操作期间拍摄图像，以研究虹吸线轮廓。此处使用的无管虹吸图像为2％（w/w）PEO溶液（在水中），由智能手机相机（三星Galaxy J7 Prime）拍摄。

图4.使用a）背光装置b）侧面照明装置在PE熔融静电纺丝工艺中原位拍摄的单射流的图片。射流的背光图像为精确测量提供了清晰的边缘，而侧面照明图像显示了带有过度照明的模糊边缘。实验条件是：在开放的环境温度下，从板到收集器的距离为10cm，电压为40kV。获得的锥直径为2.9±0.9mm（在过程开始时）和1±0.1mm（在过程进行20分钟后）。

图5.使用背光设置显示熔体静电纺丝工艺中射流的原位固化。侧面照明的图像无法捕获凝固点。

图6.高对比度图像中虹吸管高度和直径的测量结果。插图显示细虹吸管直径随着距液体表面轴向距离的变化而逐渐变化。通过测量不同高度的虹吸管直径，以研究不同聚合物溶液的拉伸行为。图中使用的无管虹吸图像为2％（w/w）PEO溶液（在水中）。