PANI纳米电纺纤维可控沉积技术的研究及应用

摘要

纳米材料的研究始于20世纪90年代初期，因其特殊而卓越的性能，一直受到众多学者的关注，在生物医学、电化学、传感器等多个领域得到长足发展。其中，静电纺丝技术作为一种简单有效、相对容易操控的方法来制备纳米材料已经逐渐得到大家认可。
　　目前，通过静电纺丝技术制备的聚合物纳米纤维由于接收装置的原因大多是无规则排列的，很难实现定向可控沉积。而研究表明，单一无序堆积式的电纺纳米纤维相对于有序纤维在性能上会有所欠缺，纳米材料本身具有的优异力学性能和电学性能在无序纳米纤维的应用过程中得不到很好的体现。一般认为，纺丝过程中伴随着溶剂挥发、纤维细化以及其他因素的变化，喷射流表现出的摆动非稳状态直接影响纤维的沉积形貌。
　　本论文针对聚苯胺材料的气敏特性，基于静电纺丝技术对其气敏单纤维的可控沉积技术进行了进一步研究和优化，并构建了聚苯胺纳米纤维气敏传感器结构，在低浓度氨气环境中进行了应用试验。具体研究内容包括:(1)具有氨气检测气敏特性的聚苯胺材料掺杂及导电性优化;(2)在滚筒式静电纺丝的基础上，利用正交试验法获得纳米纤维制备的最佳参数水平（对纤维平均直径，对纤维有序度，对纤维沉积区域宽度）以及参数对纤维形貌的影响程度，实现了纳米纤维的定向可控沉积;(3)制备了单纤维、有序、无序等不同的PANI纳米纤维传感器;(4)对单纤维、有序、无序等纳米纤维传感器的气敏性特征进行了检测、比较和分析。实验结果表明:(1)提高滚筒式接收器的转速，可以减小纤维直径，提高纤维有序度，缩小纤维沉积区域。这说明滚筒的定向牵引不仅有利于纤维细化，对纤维非稳定状态也有一定的控制作用。当转速在1300r/min左右，有序度可达92％，基本实现纤维可控沉积，此时纤维沉降速度约为1.2m/s。(2)实验制备的聚苯胺单纤维传感器对低浓度氨气有良好的灵敏度，响应速度较快，响应时间约为12s;而相对于无序纳米纤维传感结构，有序纳米纤维传感结构表现出更好的气敏特性。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 静电纺丝技术

1．2．1 静电纺丝技术的基本过程

1．2．2 静电纺丝技术的基本装置

1．3 静电纺丝技术的国内外研究现状

1．4 静电纺丝纤维材料的影响因素分析

1．4．1 溶液特性参数对静电纺丝纤维形态影响

1．4．2 控制参数对静电纺丝纤维形态影响

1．4．3 环境参数对静电纺丝纤维形态影响

1．4．4 本节小结

1．5 静电纺丝技术合成材料在各个领域上的应用

1．5．1 生物医学上的应用

1．5．2 过滤材料

1．5．3 生化传感器

1．5．4 其他应用

1．6 需要解决的关键问题及主要研究内容

1．6．1 需要解决的关键问题

1．6．2 主要研究内容

第2章 静电纺丝纳米纤维可控沉积的相关技术分析

2．1 引言

2．2 滚筒接收及飞轮接收

2．2．1 滚筒接收

2．2．2 飞轮接收

2．3 辅助电极／电场

2．4 平行板电极接收

2．5 其他技术

第3章 基于滚筒式静电纺丝技术的PANI-HSCA／PEO纳米纤维沉积

3．1 材料准备

3．2 实验过程及实验装备设计

3．2．1 实验过程

3．2．2 实验装备设计

3．3 实验试剂、耗材、仪器及结果表征

3．4 滚筒式静电纺丝技术影响参数的优化及纳米纤维的可控沉积

3．5 实验结果表征及分析

3．5．1 实验结果表征

3．5．2 实验结果总结分析

第4章 掺杂态聚苯胺纳米纤维气体传感器的气敏性实验

4．1 实验方法

4．2 实验过程

4．2．1 实验原料

4．2．2 掺杂有樟脑磺酸的聚苯胺／聚环氧乙烷纳米纤维传感器的制备

4．2．3 标准浓度氨气的配制

4．2．4 传感器的气敏性测试

4．2．5 实验结果表征

4．3 实验结果表征及分析

4．3．1 实验结果表征

4．3．2 实验结果总结分析

第5章 总结及展望

5．1 本文总结

5．2 研究展望

参考文献

作者简历

获奖情况

攻读硕士学位期间的主要研究成果