基于MATLAB和COMSOL的靜電紡絲軌跡仿真研究及應(yīng)用.pdf

1、靜電紡絲方法有實(shí)驗(yàn)裝置簡單，成本低廉，適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種制備納米纖維的有效途徑。靜電紡絲技術(shù)廣泛地應(yīng)用于組織工程，有機(jī)高分子聚合物的合成，以及無機(jī)納米材料的合成等許多領(lǐng)域。靜電紡絲過程十分復(fù)雜，涉及電磁學(xué)、流體力學(xué)、空氣動力學(xué)等多種學(xué)科領(lǐng)域。為了研究靜電紡絲過程，軟件仿真方法被采用。針對靜電紡絲的仿真研究有基于數(shù)學(xué)工具的靜電紡絲軌跡仿真，和基于有限元工具的靜電紡絲電場仿真。前者可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算出紡絲纖維的軌跡，但無法準(zhǔn)確描述紡絲裝

2、置電場;而后者可以對靜電紡絲裝置的電場分布進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，但不能給出纖維軌跡。本文結(jié)合上述兩種仿真方法的優(yōu)點(diǎn)，提出了靜電紡絲聯(lián)合仿真方法。首先應(yīng)用COMSOL Multiphysics軟件建立靜電紡絲裝置模型并對其電場分布進(jìn)行計(jì)算，然后應(yīng)用Matlab軟件結(jié)合COMSOL的電場計(jì)算結(jié)果對靜電紡絲軌跡進(jìn)行計(jì)算。對比分析表明，聯(lián)合仿真方法提高了軌跡仿真的準(zhǔn)確性，并擴(kuò)大了靜電紡絲軌跡仿真的應(yīng)用范圍。
　　應(yīng)用聯(lián)合仿真方法，本文對單針頭靜

3、電紡絲裝置中纖維的軌跡進(jìn)行了計(jì)算，并與傳統(tǒng)靜電紡絲軌跡仿真方法的結(jié)果進(jìn)行對比。探究了不同的針頭電壓對單針頭靜電紡絲方法軌跡分布以及纖維粗細(xì)的影響。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)掃描電鏡(SEM)對纖維形貌的表征證明了聯(lián)合仿真結(jié)果的合理及正確性。
　　聯(lián)合仿真的另一大優(yōu)點(diǎn)是可以對具有輔助電極的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真。本論文分別對添加了環(huán)形、平行輔助極板的靜電紡絲裝置進(jìn)行了電場分析，并對其纖維軌跡進(jìn)行了計(jì)算，探究了不同的輔助電極電壓和位置對軌跡分布的影響。結(jié)