微粒,通常指直径在1到1000 μm范围内的粒子。微粒因其优秀的结构和功能特性,在科学研究和工程应用中得到了广泛的关注。经过数十年的发展,微粒被广泛用于各个领域,如药物递送和防伪等。另外,微粒的组装结构也被用于如组织工程、精准给药、传感器和致动器等方面。用于操控微粒沉积组装的技术有光镊、磁泳、电泳与介电泳、声波操控以及静电雾化等。其中,静电雾化技术不仅可以制备多种不同形貌的微粒,还可以控制微粒运动,形成可控的图案结构。因此,静电雾化技术得到了很多学者的关注。然而,现有基于静电雾化操控微粒沉积的技术仍难以实现在三维空间快速堆积复杂颗粒结构,并控制颗粒相对数量,因此在相应的机理和应用探索中仍有欠缺。这一关键问题可以进一步分解为如下三个关键技术问题:（1）如何实现沉积结构力学性能和功能特性的控制;（2）如何实现雾化微粒的二维图案化可控沉积;（3）如何实现操控雾化微粒构筑三维图案化微结构。针对上述问题,我们分别将静电雾化与静电纺丝、绝缘基底电荷耗散过程以及数字光处理技术结合,实现了高度可控的梯度图案、灰度图案和三维结构的构筑,以及对沉积结构力学性能和结构特性的控制。主要工作如下:1.以微孔过滤所用静电纺丝纤维滤膜（ENM）的力学性能增强为例,我们将静电雾化与静电纺丝结合,实现对沉积结构力学性能和结构特性的控制。基于静电雾化理论模型,我们制备了三种形貌的微粒,并测定了不同形貌微粒堆积薄膜的力学性能。将微粒与ENM通过逐层沉积的方式组装起来,形成复合滤膜。通过合适的热处理步骤,微粒可以相互粘接,形成稳固网络,而ENM不受影响。机械性能测试表明,这种三明治结构的复合膜抗拉强度和弹性模量分别比原纤维膜高出5倍和7倍。同时,过滤测试表明,复合膜的拦截率也高于ENM。通过该应用,我们展示了对沉积结构力学性能和结构特性的控制。2.研究了绝缘基底表面电荷对微粒可控沉积的影响,提出了复合电场引导沉积技术（简称CED技术）。图案化负电极产生的负电场与绝缘基底表面正电荷产生的正电场相互作用,形成电势阱,引导微粒向电极映射区域的沉积。在复合电场中,正电场对微粒产生排斥力,而负电场对微粒产生吸引力,最终微粒在斥力与引力作用下,向电极映射区域沉积,形成与电极一致的图案。有限元分析表明,基底表面电荷密度越高,电势阱的电势差越高,越有利于微粒的定向沉积。而绝缘基底表面电荷耗散理论表明,基底电阻以及基底上下表面电势差均对表面电荷的耗散产生影响,进而影响到最终的表面电荷密度。根据上述理论,我们研究了基底表面涂层厚度和基底上下表面电势差对形成图案质量的影响。此外,我们还发现负极与基底间填充物也会对形成图案的质量产生影响。综上,颗粒沉积图案的对比度可以通过上述三个参数进行控制,说明CED技术对颗粒沉积图案有着良好的控制。通过这部分的阐述,我们展示了对微粒二维图案化沉积的控制。3.本文将静电雾化与数字光处理（简称DLP）技术结合,开发出一种新的微观3D图案化微粒结构制备技术,称为静电雾化光刻成型技术（简称EPP技术）。首先,静电雾化技术将粒径可控的单分散光刻胶微球沉积在基底上,形成光刻胶涂层;随后,DLP对光刻胶涂层选择性曝光,形成预期的复杂图案;通过循环沉积和曝光步骤,可以得到一个含有图案结构的3D多层颗粒结构。最后,使用显影液去除被曝光的颗粒,形成3D颗粒堆积结构。通过该技术,我们成功地制备出了各种具有可控孔隙结构的微芯片,如微流道、微印章以及无源压力传感器。通过这些微芯片的制备,我们展示了EPP技术在多层多孔微结构高通量制备中的优势,并展示了其在微混合器、微印章以及传感器等技术中的应用。通过这部分的阐述,我们实现了微粒三维微结构的构筑。