基于静电纺丝技术的纳米纤维制备工艺及其应用研究

摘要

随着纳米材料在各领域的突出表现，制备纳米材料的手段越来越多，其中静电纺丝法作为制备纳米纤维最简单有效的方法之一，逐渐成为科研工作者的研究热点。静电纺丝纳米纤维具有大的比表面积、高的孔隙率等优点，在生物医学、能源材料等诸多领域具有巨大的潜在应用价值。由于静电纺丝纳米纤维应用在不同的领域，对纳米纤维的直径分布、排列取向和孔隙要求均不相同，所以研究静电纺丝纳米纤维制备过程中相关工艺参数对其关键性能指标的影响，对于制备质量优良的纳米纤维及提升其潜在的应用价值，具有非常重要的意义。
　　本研究首先搭建设计了一套具有一定自动化功能的静电纺丝实验系统，有效降低了该课题的实验装备成本。基于PLC控制和触摸屏界面编程，使该搭建设计的静电纺丝系统具有一定的自动化功能，并且具有良好的人机交互界面。另外，在系统中设计了多模式的静电纺丝接收器（单滚筒电极、静态平行双滚筒电极、动态平行双滚筒电极），可以方便后续制备静电纺丝纳米纤维取向工艺的研究。其次，对制备静电纺丝纳米纤维过程中的相关工艺进行了研究。研究了各工艺参数对静电纺丝开启电压的影响和各工艺参数对制备静电纺丝纳米纤维直径分布的影响。另外，基于设计的多模式平行双滚筒接收器，对制取平行取向静电纺丝纳米纤维工艺进行了研究，实验表明平行双滚筒有助于纤维平行取向度的提高，并且动态模式下转速的增加也有助于平行取向度的提高。此外，对电纺纤维孔隙工艺进行了研究，制备厚度的增加有使孔径减小的趋势，同时也降低了电纺纤维的孔隙率。最后，对静电纺丝纳米纤维在皮肤组织工程和锂电池中的应用做了初步的探究。提出了一种复合的PLGA/丝素蛋白纳米纤维皮肤支架，实验证明该静电纺丝纳米纤维支架具有漂浮、抗皱褶和自动降解的特点，是一种良好的潜在皮肤组织支架。另外，利用静电纺丝的方法制备了纳米氧化钴，将其应用在锂离子电池电极上，结果表明，锂离子电池的首次放电比容量得到很大提高，但其充放电的效率、平稳性和可循环使用性方面存在明显不足。

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第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2 静电纺丝装置的研究现状

1.3 静电纺丝纤维应用的研究现状

1.4 静电纺丝纤维材料研究现状

1.5静电纺丝技术存在的问题

1.6本课题的研究内容及结构安排

1.7本章小结

第二章 静电纺丝理论机理分析

2.1 静电纺丝原理简介

2.2 静电纺丝泰勒锥阶段分析

2.3静电纺丝稳定高速射流阶段分析

2.4 静电纺丝高速射流不稳定阶段分析

2.5 本章小结

第三章 静电纺丝实验系统的搭建与设计

3.1系统总体设计方案

3.2系统机械部分设计

3.3系统电气部分设计

3.4系统软件部分设计

3.5系统总装调试

3.6 本章小结

第四章 静电纺丝纳米纤维制备工艺研究实验

4.1 工艺参数对开启电压的影响实验

4.2 工艺参数对纤维直径分布影响实验

4.3 制备平行取向静电纺丝纳米纤维工艺研究

4.4 静电纺丝纳米纤维孔径和孔隙率工艺分析

4.5 本章小结

第五章 制备静电纺丝纳米纤维的应用实验

5.1 静电纺丝法制备一种新型的复合皮肤支架

5.2 静电纺丝纳米纤维在锂离子电池中的应用实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论总结

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文及科研成果

致谢