有序納米纖維的制備及其在散射型偏振片中的應用.pdf

1、電紡是一種借助高壓靜電作用，利用聚合物溶液或熔體進行紡絲的過程。它所形成的纖維直徑范圍為幾納米至幾微米。電紡纖維膜具有比表面積高，制備方法簡單，材料及形貌可控、生產率較高等優(yōu)點，在能源存貯、衛(wèi)生保健、生物技術以及防護安全等領域有許多潛在的用途。近幾年，作為電紡納米纖維的重要組成部分，電紡有序納米纖維已有了較大的發(fā)展。在電紡有序納米纖維的過程中，聚合物纖維被收集在經過特殊設計的收集裝置上。借助庫侖力、滾筒切向力或二者合力作用，聚合物纖維在

2、接收裝置上得以有序排列。然而迄今為止，電紡有序纖維仍無法制備長時間大面積、高厚度的有序纖維膜，難以實現工業(yè)化應用。 散射型偏振片通常是由一種各向同性聚合物和一種雙折射材料混合制備而成。各向同性材料的折射率需和雙折射材料的尋常折射率或非尋常折射率二者之一相匹配，而與另一折射率失配。當這種混合材料被沿軸向拉伸時，它便可以按照入射光的偏振方向選擇性的對其進行散射或透射。散射型偏振片由于光透過率高，制備成本低，方法相對簡單，在光學儀器、

3、防眩光玻璃、平板顯示器中均有潛在的應用前景。然而目前制備散射型線偏振片主要利用薄膜熱拉伸法。這種制備方法復雜度高，制備條件苛刻，且制備成本相對較高。同時拉伸率有限，限制了散射型線偏振片的透射率、偏振度。因此散射型線偏振片的開發(fā)研究仍處于實驗室階段。 本論文對國內外電紡制備有序納米纖維的研究進行了系統(tǒng)分析，提出有序納米纖維設備的設計方法。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)為模型聚合物，對電紡過程中影響纖維有序度的主要因素進行了系統(tǒng)的研

4、究。研究表明：在電紡過程中通過增加平行電極，并通過增加擋板控制纖維射流的飛行方向對纖維有序度的上升具有主要影響。因此通過設計，設計出一種新型的可控制電場力以及纖維射流方向，長時間制備大面積、高厚度、高度有序納米纖維的電紡裝置。同時本論文研究了有序納米纖維膜的各向異性的光學性質，探討了纖維有序度、直徑以及厚度對纖維各向異性的影響。并在定向纖維膜中加入向列相液晶制成散射型線偏振片，探討了纖維直徑、膜厚以及液晶雙折射率對散射型偏振片偏振度的影

5、響。本論文的主要研究工作為： 1)設計開發(fā)了一套有序電紡納米纖維的電紡制備裝置，主要包括高壓裝置、進樣裝置以及特殊設計的收集裝置。在文獻報道的絕緣滾筒上增加了平行電極以及纖維擋板，用以控制電場力，降低纖維射流方向的影響，提高電紡有序度。結果表明，文獻報道的高速絕緣滾筒收集的纖維，在長時間電紡后有序度不高于45％，通過增加平行電極或纖維擋板后有序度均增長至65-70％。而將兩者結合，改進后的電紡裝置制備的纖維有序度保持在85％以上

6、。并利用上述裝置制備出直徑236～1443nm的高度有序的纖維。 2)受沙蟻、蜘蛛等利用太陽光進行偏振導航的動物視網膜的啟發(fā)，對有序納米纖維各向異性的光學特性進行了研究。有序纖維膜相比于無序纖維膜顯示出良好的各向異性的光學特性。同時研究了纖維有序度、直徑以及纖維膜厚對有序纖維膜光學透光率的影響。 3)本論文在有序納米纖維膜中添加向列相液晶制備了高度偏振的散射型線偏振片，并探討了纖維直徑、纖維膜厚以及液晶雙折射率差對散射型