静电纺丝装置及纳米纤维可控制备研究

摘要

一维纳米材料因为其特殊的性能备受关注，而纳米纤维是其代表。制备纳米纤维的方法有很多种。其中，静电纺丝技术因其装置简单，操作方便而成为研究热点。利用传统静电纺丝技术制备纳米纤维存在三方面的不足：一是制备的纤维易断裂；二是难以短时间量化生产；三是制备的纤维以纤维毡形式存在，无法形成高孔隙率的空间结构。针对以上不足，本文主要从增强纤维力学性能角度，纳米纤维规模化生产和制备具有三维空间结构的方法出发进行实验研究及方法综述。同时，本文还对复合纳米纤维的电学性质进行了一系列研究。
　　利用静电纺丝技术制备的纳米纤维直径通常在几个纳米到几百个纳米之间。一般的纤维易断裂，此性质极大限制了纳米纤维的应用范围。只对纤维易断裂的性质，本文介绍了两种制备纳米纤维束的方法。利用金属滚筒装置制备出聚偏氟乙烯/碳纳米管复合纤维绞线结构。复合纤维在聚苯胺溶液中利用原位生长法进行聚合，同时对复合纤维进行电学性质的测试，包括聚合时间，对复合纤维的弯曲拉伸等试验。研究显示随聚合时间的增加，聚合纤维的电导率逐渐增加，最后趋向于一定值，聚合时间约为6小时最为适宜。弯曲拉伸试验中，聚合纤维导电性都随曲率半径的增大和拉伸量的增加呈现先增加后减小趋势。同时，本文新研究了一种一步法制备异质纤维束的新装置，可制备出连续不断的大长度纤维束，并对纤维进行了定性表征。
　　针对纤维的规模化生产，本文发明一种简便高压气辅式静电纺丝装置。装置可大规模制备纳米纤维，在相同静电纺丝时间内对制备的纳米纤维的质量进行称重比较。与此同时，对制备纤维的粒径进行了表征。研究结果表明，在与传统静电纺丝制备的纳米纤维的直径几乎没有差别的同时制备纳米纤维质量几十倍至几百倍增长。同时本文还对低压静电纺丝进行了综述，提出一种低压静电纺丝的概念方法。同样，本文针对国内外如何提高纤维孔隙率问题进行了静电纺丝技术制备三维纳米结构方法的综述。为以后的研究提供借鉴及经验。

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第一章 绪论

1.1 静电纺丝概述

1.2 碳纳米管复合纤维概述

1.3 本论文主要选题依据及研究内容

参考文献：

第二章 纳米纤维绞线结构及纤维束的制备研究

2.1 引言

2.2 碳纳米管复合纤维聚合聚苯胺的制备及其电学特性

2.3 一步法制备异质纤维束研究

2.4 本章小结

参考文献：

第三章 高压气辅式静电纺丝装置研究

3.1 引言

3.2 装置介绍

3.3 纤维性质研究

3.4 本章小结

参考文献：

第四章 低压静电纺丝

4.1 引言

4.2 多种低压静电纺丝方法比较

4.3 振荡低压静电纺丝概念

4.4 本章小结

参考文献：

第五章 3D纳米结构制备综述

5.1 引言

5.2 多种制备3D纳米结构方法比较

5.3 本章小结

参考文献：

第六章 总结

攻读学位期间的研究成果

致谢

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