磁場輔助靜電紡絲的模擬研究.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)是一種能夠制備納米纖維簡單高效的方法。在紡絲過程中，帶電射流在電場力的作用下加速直線運動一段距離后產(chǎn)生彎曲不穩(wěn)定的螺旋運動，溶劑在此過程中不斷揮發(fā)導(dǎo)致射流濃度和粘度提高，最終溶劑揮發(fā)完全，射流固化成纖，射流的運動軌跡以及纖維的直徑受多個參數(shù)的影響。研究者們通過引入輔助場（輔助電場，氣流場，磁場等）對射流運動過程進(jìn)行控制并得到了很多成果，其中磁場輔助靜電紡絲技術(shù)是將兩塊平行放置的永磁鐵作為接收裝置，能夠收集到排列非常有序的納米

2、纖維。由于射流運動速度快且直徑小，難以試驗觀察，有必要對靜電紡絲射流不穩(wěn)定運動以及磁場輔助靜電紡絲的機理進(jìn)行模擬研究。本文研究了針板式紡絲裝置下靜電紡絲的電場分布特點以及射流運動情況，同時研究了磁場輔助靜電紡絲的電場，磁場以及磁場對射流運動的影響作用。
　　為了建立針板式紡絲裝置下電場的數(shù)學(xué)模型，本文利用ANSYS軟件對針板式紡絲裝置的電場分布以及強度進(jìn)行了模擬研究。模擬研究表明，針頭處的電場強度較大且分布不均勻，而在靠近接受板位

3、置的電場較弱且分布較為均勻。接受板直徑與針板間距減小均能夠使得針頭以及接受板附近電場強度提高，但是只有當(dāng)接受板尺寸與針板間距相等時，接收板附近才能夠得到較為均勻的電場分布。
　　結(jié)合針板式紡絲裝置中電場分布的特點，將其簡化為點電荷以及虛擬平面之間產(chǎn)生的電場。紡絲射流的計算借鑒了Reneker與Yarin所建立的射流不穩(wěn)定運動模型，模型將射流離散為一系列由Maxwell粘彈性單元連接的珠子，同時考慮了溶劑的揮發(fā)以及射流的固化過程。利

4、用Runge-Kutta-Merson法對平衡方程組進(jìn)行數(shù)值求解。討論了加載電壓，紡絲距離以及溶液濃度對射流纖維直徑的影響規(guī)律。結(jié)果表明，增加加載電壓，減小紡絲距離，增加溶液濃度均導(dǎo)致纖維直徑的增加。
　　為了得到合理的磁場輔助靜電紡絲磁場模型，利用ANSYS對磁場進(jìn)行了模擬研究，結(jié)果表明：在磁鐵上方附近的位置，磁場強度最大，且以水平分量為主，邊緣位置以豎直分量為主，與磁鐵距離增加，磁場強度迅速減小。增加磁鐵間距能夠使得間隙位置的