DOI:10.1016/j.ces.2020.116200

在这项工作中，研究者阐明了聚合物静电纺丝中电压（V）和尖端-收集器距离（T）之间的耦合。首先，在V-T平面上的运行图（具有促进实时控制的潜力）揭示了四种静电纺丝模式，其中包括一种新发现的旋转模式。接下来，在V和T独立变化的实验中，研究者使用六个可量化的特征成像并研究了特定模式的锥/射流动力学。研究结果首次证明，尽管电位降（V/T）对决定静电纺丝的产物至关重要，但它并不是V-T耦合的基本参数。此外，耦合的性质随特定V-T组合而动态变化。值得注意的是，尽管分离距离较大，收集器位置的细微变化仍会统筹针尖处的状态转换。模拟结果表明，有效场强、电荷密度和锥尖附近的场线分布是影响V-T耦合的关键因素。

图1：静电纺丝和成像装置的示意图。

图2：本研究中的静电纺丝工艺。

图3：在锥-射流模式中的锥形：当尖端-收集器距离（T）固定为12cm时，锥角（▲）和锥长（■）随着电压（V）的增加而变化。

图4：在锥-射流模式中的射流结构：当尖端-收集器距离（T）固定为12cm时，初始射流直径（▲）和直线段长度（■）随电压（V）的增加而变化。

图5：在锥-射流模式中的锥形：当固定电压（V）为8.5kV时，锥角（▲）和锥长（■）随针尖-收集器距离（T）的减小而变化。

图6：在锥-射流模式中的射流结构：在8.5kV的固定电压（V）下，初始射流直径（▲）和直线段长度（■）随针尖-收集器距离（T）的减小而变化。

图7：（a）锥角，（b）锥长，（c）初始射流直径和（d）直线段长度随锥-射流模式中电位降（V/T）的增加而变化。▲和■分别表示增加电压（V）和减小针尖-收集器距离（T）的实验。

图8：上图：（a）3kV-2.5mm，（b）5kV-2.5mm和（c）3kV-2mm的电荷密度等高线，图例条以A/m2为单位。下图：（d）3kV-2.5mm，（e）5kV-2.5mm和（f）3kV-2mm的电位等高线和电场线（黑色箭头曲线），图例条以V为单位。

图9：多射流模式：（a）增加电压（V）和（b）减小针尖-收集器的距离（T）观察到“N”个分裂的概率。

图10：在多射流模式中，最大分裂数随电位降（V/T）的增加而变化。▲和■分别表示增加电压（V）和减小针尖-收集器距离（T）的实验。

图11：当电压（V）从0kV增加到18kV时，通过确定每种模式开始时针尖-收集器距离（T）生成的操作模式图。

图12：本研究中建立的V-T耦合机制。