低壓近場及復(fù)合框架收集靜電紡絲制備功能納米纖維及器件.pdf

1、靜電紡絲法是一種制備一維微納米纖維的方法。與其他制備微納米纖維的技術(shù)方法相比，它因為原理、設(shè)別和操作都比較簡單，產(chǎn)物豐富，適用性廣，近年來得到了廣泛研究。到目前為止，人們已經(jīng)成功地將有機(jī)物、無機(jī)物以及生物大分子等材料的溶液或熔融液通過靜電紡絲技術(shù)制備成各種微納米結(jié)構(gòu)纖維，例如傳統(tǒng)的無紡布纖維,串珠結(jié)構(gòu)纖維，帶狀纖維等。由于靜電紡絲微納米纖維獨特的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，其在納米傳感器、催化、過濾吸附、藥物釋放、組織工程、太陽能電池等領(lǐng)域具有

2、廣泛的潛在應(yīng)用。本文基于靜電紡絲技術(shù)，對一維微納米纖維在以下幾個方面進(jìn)行了探索和研究。
　　 首先，我們設(shè)計了一種便攜式低壓近場靜電紡絲演示裝置，通過將紡絲距離由傳統(tǒng)的8-25 cm降低到4-14 mm，實現(xiàn)了紡絲電壓從傳統(tǒng)的20 kV左右降低一個數(shù)量級到3 kV以內(nèi)。而且傳統(tǒng)的靜電紡絲裝置就像市面上的滾筒洗衣機(jī)一般，碩大，笨重且價格昂貴。我們通過縮小紡絲針尖與收集極之間的紡絲距離，不僅降低了紡絲電壓，同時實現(xiàn)了靜電紡絲裝置的集

3、成。此外，在低壓近場領(lǐng)域，我們進(jìn)一步研究了收集位置、紡絲溶液濃度、紡絲環(huán)境濕度等對紡絲纖維形貌的影響，并對各種因素的影響規(guī)律做了分析與總結(jié)。同時也研究了在各紡絲間距下的臨界紡絲電壓，實驗數(shù)據(jù)很好的符合了泰勒在年提出的臨界電壓理論公式。
　　 其次，我們結(jié)合低壓近場靜電紡絲，提出了一種磁場輔助的低壓近場靜電紡絲方法。我們通過在紡絲溶液中添加磁性納米顆粒，同時在收集極板上加永磁鐵的紡絲，使得紡絲針尖與收集極間存在強磁場。與傳統(tǒng)的低壓

4、近場靜電紡絲相比，磁場輔助的低壓近場電紡用磁場力部分取代了電場力對纖維進(jìn)行拉伸。實現(xiàn)了在同樣紡絲條件下，紡絲所需的電壓的大幅降低。此外我們研究了在不同磁場強度下的紡絲臨界電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁性納米顆粒僅占紡絲溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％時，在同樣的紡絲條件下，紡絲臨界電壓可由原來的2 kV降低到1.4 kV,降幅高達(dá)30％，證明通過加大磁場強度或增加磁性納米顆粒在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以實現(xiàn)更大幅度的降低紡絲電壓。
　　 再次，我們通過改進(jìn)傳

5、統(tǒng)靜電紡絲裝置設(shè)計了一種可以制備有序及絞線結(jié)構(gòu)纖維的紡絲裝置即復(fù)合框架收集靜電紡絲裝置。我們通過用兩個復(fù)合框架外框旋轉(zhuǎn)，內(nèi)框不動，紡絲纖維隨外框旋轉(zhuǎn)，最后整齊的收集在內(nèi)框上，即有序排列纖維。控制纖維一端固定不動，另一端隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，兩分鐘后即可得到一條絞線結(jié)構(gòu)纖維繩索。在我們的實驗中，我們得到的有序排列的纖維陣列長14 cm，寬12 cm，旋轉(zhuǎn)之后的絞線長10 cm。同時，我們還詳細(xì)研究了紡絲電壓、工作距離、轉(zhuǎn)速、內(nèi)外框夾角等實驗條件對三