基于微流控技術(shù)的多級結(jié)構(gòu)電紡纖維的制備與有限元分析.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展促進了納米技術(shù)的發(fā)展。最近幾十年，納米材料在制備、表征和應(yīng)用方面取得了很大成果。目前，納米材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用到再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、生物領(lǐng)域、檢測分析領(lǐng)域、高效率能源領(lǐng)域和航空航天等高精尖交叉領(lǐng)域。在納米材料中有一個很重要的分支-----納米纖維，由于其具有良好的力學(xué)性能、高比表面積、高孔隙率以及良好傳導(dǎo)效應(yīng)，受到了越來越多的研究者的關(guān)注。纖維的結(jié)構(gòu)決定纖維的性能，為了得到不同性能的纖維，人們把大量精力投入到了單根納米纖維的

2、結(jié)構(gòu)研究上。
　　本論文研究的主要內(nèi)容是，以靜電紡絲技術(shù)為框架，結(jié)合微流控技術(shù)制備新型結(jié)構(gòu)納米纖維，并利用計算機分析技術(shù)對實驗的理論和結(jié)果進行預(yù)測和分析。利用以有限元法為基礎(chǔ)的軟件ANSYS對微流控芯片內(nèi)的流體在微通道內(nèi)的流場分布進行了模擬分析，結(jié)合分析結(jié)果提供了后續(xù)實驗的思路。以生物相容性和降解性良好的聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)以及聚乙二醇(PEG)作為實驗材料，成功制備了具有分叉的Janus結(jié)構(gòu)纖維和內(nèi)部多級結(jié)構(gòu)纖維

3、，并且做到了結(jié)構(gòu)的可控控制。
　　第二章，介紹有流體運動的限元分析基本理論。并結(jié)合后續(xù)實驗裝置，對微流控生成液滴的兩種方式，即毛細不穩(wěn)定性和壓力差誘導(dǎo)破碎的微通道內(nèi)的流場在有限元軟件ANSYS的環(huán)境下進行模擬分析，并以T型結(jié)構(gòu)微流控為基礎(chǔ)，通過施加不同的邊界條件---連續(xù)相的速度和間斷相的濃度，考察微通道內(nèi)的流場變化情況，為后續(xù)液滴生成實驗提供了依據(jù)。
　　第三章，以微流電紡裝置為基礎(chǔ)，配制連續(xù)相（油相）溶液PLA，間斷相（

4、水相）溶液PVA。以第一章理論為基礎(chǔ)，調(diào)節(jié)各相的推速和濃度制備均勻穩(wěn)定的W/O的雙乳液。電紡得到具有分叉的Janus結(jié)構(gòu)纖維。我們通過光學(xué)顯微鏡、掃面電鏡、激光共聚焦、透射電鏡等一系列手段測試表征了這一新型結(jié)構(gòu)。接著建立力學(xué)模型，利用有限元ANSYS分析了相鄰PVA帶電微球的電場分布，系統(tǒng)解釋了該結(jié)構(gòu)形成的機理，通過改變間斷相PVA的帶電荷密度制備出了長度和密度可控的分叉結(jié)構(gòu)纖維，并證明了該力學(xué)模型的正確性。
　　第四章，通過改變