聚合物电纺纤维形态结构控制与性能

摘要

静电纺丝技术具有操作简便、生产速率较高、并且可以应用于大多数聚合物等优点，已经广泛的投入使用于制备聚合物纳米纤维，静电纺丝制备得到的纳米纤维拥有极大的比表面积、极小的纤维直径、较高的孔隙率和很小的孔隙尺寸等优点，受到了极大的关注。本文分别从聚合物纳米纤维的成形，聚合物纳米纤维结构的形成和聚合物纳米纤维改性及其应用等三个方面进行阐述，为静电纺丝制备纳米纤维的理论和应用提供了依据，研究如下：　　（1）通过以前的研究表明，溶液浓度、电场强度、电纺环境等因素会影响静电纺丝制备得到均匀的纳米纤维。其中，溶液的浓度为最主要因素，电纺溶液浓度必须达到缠结浓度以上，才能通过电纺得到均匀的纳米纤维，在低于缠结浓度，得到带有串珠的纳米纤维。本实验选取不同分子量的聚乳酸作为实验材料，通过静电纺丝技术制备得到纳米纤维薄膜，实验结果表明，在电纺低分子量聚乳酸时，只有高于缠结浓度3.8%(w/v)以上才能得到没有串珠且均匀的纳米纤维。相反，在高分子量聚乳酸电纺时候，其电纺浓度为0.5%(w/v)的时候依旧能得到均匀且没有串珠的纳米纤维，0.5%（w/v）浓度低于1.1%（w/v）缠结浓度。这是与之前研究结果有所不一样的。高分子量的聚乳酸由于链的缓慢松弛，使得溶液在电纺拉伸过程中依旧让分子链保持互相的连接；而且，快速冷结晶和通过原子力显微镜得到的单根纳米纤维模量图都显示了通过电纺得到的高分子量聚乳酸纳米纤维拥有一定的分子排列。　　（2）通过文献表明，温度以及PLLA与PDLA的不同比例会影响聚乳酸立构复合晶体的形成，但是对于电纺是否也能形成立构复合晶目前还没有被证实，以及分子量是否会影响立构复合物的形成也没有被研究。所以，本实验采取三组不同分子量的PLLA与PDLA等质量的共混，通过静电纺丝技术制备直径一致的纳米纤维（直径误差小于10%）。测试得出，通过静电纺丝方法制备等比例低分子量PLLA与PDLA纳米纤维可以得到部分立构复合晶体，对于高分子量PLLA与PDLA并没有出现明显的立构复合晶体，等比例PLLA与PDLA纳米纤维薄膜通过冷结晶可以得到大量的立构复合晶体。　　（3）静电纺丝制备得到的聚合物纳米纤维拥有极大的比表面积，且易于改性等特点，被广泛的应用于制备传感器设备，来极大的提升传感器的灵敏度。本实验是由静电纺丝得到的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维作为制备传感器的基底材料，然后在纳米纤维表面通过原位聚合的方法制备聚苯胺形成聚苯胺薄壳，聚苯胺作为湿度灵敏材料。制备的传感器是通过人体的嘴巴和鼻子呼出的气体所导致湿度变化进行检测，且灵敏度是由聚苯胺的负载量和形貌以及湿度改变程度所决定，本实验通过控制原位聚合的反应时间（10min、15min、20min）来得到最佳的灵敏度。实验得出，不管传感器是检测鼻子还是嘴巴，在反应时间为15分钟的时候灵敏度都是最佳值。结合高孔隙率和机械的柔韧性，传感器可以简单的与纺织品制成可穿戴电子设备。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米材料简介

1.3 静电纺丝简介

1.4 静电纺丝制备纳米纤维形态影响

1.5传感器的简介

1.6 本论文研究的目的、意义与内容

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第五章 结 论

参考文献

研究生期间发表论文

致谢