靜電紡有序納米纖維的制備及其性能研究.pdf

1、有序納米纖維材料因其具有獨特的光、電、磁等性能，在光電子器件、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，近幾年來成為科學(xué)研究的熱點。靜電紡絲技術(shù)因其具有能耗低，設(shè)備簡單，工藝條件的模型，已經(jīng)成為了制備納米纖維的主要方法之一，然而，在靜電紡絲過程中，射流的不穩(wěn)定運動導(dǎo)致了沉積在收集板上的納米纖維是隨機排列的，從而限制了納米纖維膜的應(yīng)用領(lǐng)域，例如，對齊纖維能夠提高纖維復(fù)合材料的機械性能；在制造電子和電子器件的時候，往往需要高度有序的結(jié)構(gòu)；排列有序的

2、纖維也可以在組織工程中應(yīng)用。因此采用靜電紡絲技術(shù)制備高度有序和可控的納米纖維膜成為了這個領(lǐng)域的熱點。
　　本文結(jié)合了平行電極法和附加圓環(huán)電極法的優(yōu)點，設(shè)計出了附加圓環(huán)的平行電極靜電紡絲裝置，從而制備出了高度有序和可控的納米纖維膜。為了優(yōu)化改造此裝置和獲得最優(yōu)的紡絲工藝參數(shù)，本文研究了靜電紡有序納米纖維的制備機理，并通過調(diào)節(jié)紡絲工藝參數(shù)來制備有序納米纖維，并對制備的納米纖維膜做了性能測試、表征和比較，給有序納米纖維的可控制備提供了實

3、驗和理論依據(jù)。
　　本文首先針對靜電紡絲過程不穩(wěn)定的運動現(xiàn)象，提出了用帶有同種電荷的導(dǎo)電圓環(huán)控制射流的運動軌跡，并對其進行了理論分析，發(fā)現(xiàn)附加帶電圓環(huán)后，射流的噴射范圍、擺動幅度明顯小于未附加帶電圓環(huán)的射流噴射范圍與擺動幅度，同時所制備的納米纖維的直徑減小、均勻性提高。
　　為了探索出最優(yōu)的紡絲工藝參數(shù)，本文通過調(diào)節(jié)不同的紡絲參數(shù)來制備納米纖維。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)聚丙烯腈聚合物（PAN）的濃度控制在10％，圓環(huán)電壓為5kv，紡絲電

4、壓為15kv，紡絲距離為15cm時，能制備出表面光滑、連續(xù)、有序性能相對最好的納米纖維。
　　接著，為了提高納米纖維的力學(xué)性能，本文對制得的納米纖維進行了熱拉伸后處理，研究了熱拉伸對納米纖維有序性、結(jié)晶度、放熱峰和力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)納米纖維經(jīng)過熱處理后，排列更加致密，亂絲減少，其取向性也得到一定程度的提高；當(dāng)納米纖維經(jīng)過熱拉伸后，在2θ≈170處衍射峰強度變化比較明顯，并且在2θ≈290處衍射峰稍有變化，即熱拉伸能提高納米纖維的

5、結(jié)晶度；并通過DSC測試發(fā)現(xiàn)，熱拉伸能減小納米纖維的放熱峰溫度；由此得知熱拉伸使PAN大分子微晶以及其它結(jié)構(gòu)單元沿納米纖維軸向發(fā)生了改變，改變了納米纖維的超分子結(jié)構(gòu)，提高了納米纖維的結(jié)晶度和取向性，從而改善了納米纖維的斷裂強度，增大了納米纖維的剛性。
　　最后，本文討論了添加劑（MWCNTs與NaCl）對納米纖維有序性、表面形態(tài)和力學(xué)性能的影響。發(fā)現(xiàn)加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┖笕匀荒軌蛑苽溆行蚣{米纖維，然而添加劑的加入在一定程度上影響了納米

6、纖維的表面形態(tài)與其性能，并且不同性質(zhì)的添加劑對納米纖維的性能影響不同。加入MWCNTs后，MWCNTs極易在溶液中發(fā)生團聚現(xiàn)象，隨著MWCNTs含量的增加，納米纖維的表面不光滑，纖維直徑呈現(xiàn)增大趨勢，且獲得的MWCNTs/PAN膜的斷裂強度出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但是斷裂伸長率有持續(xù)下降的趨勢，當(dāng)含量達(dá)到1.5%時，納米纖維的斷裂強度達(dá)到最大；加入NaCl后，NaCl/PAN溶液的導(dǎo)電性能增加，當(dāng)NaCl含量為5%時，NaCl在PAN溶