低壓近場及復合框架收集靜電紡絲制備功能納米纖維及器件.pdf

1、靜電紡絲法是一種制備一維微納米纖維的方法。與其他制備微納米纖維的技術方法相比，它因為原理、設別和操作都比較簡單，產物豐富，適用性廣，近年來得到了廣泛研究。到目前為止，人們已經成功地將有機物、無機物以及生物大分子等材料的溶液或熔融液通過靜電紡絲技術制備成各種微納米結構纖維，例如傳統(tǒng)的無紡布纖維,串珠結構纖維，帶狀纖維等。由于靜電紡絲微納米纖維獨特的物理結構和化學性質，其在納米傳感器、催化、過濾吸附、藥物釋放、組織工程、太陽能電池等領域具有

2、廣泛的潛在應用。本文基于靜電紡絲技術，對一維微納米纖維在以下幾個方面進行了探索和研究。
　　 首先，我們設計了一種便攜式低壓近場靜電紡絲演示裝置，通過將紡絲距離由傳統(tǒng)的8-25 cm降低到4-14 mm，實現(xiàn)了紡絲電壓從傳統(tǒng)的20 kV左右降低一個數(shù)量級到3 kV以內。而且傳統(tǒng)的靜電紡絲裝置就像市面上的滾筒洗衣機一般，碩大，笨重且價格昂貴。我們通過縮小紡絲針尖與收集極之間的紡絲距離，不僅降低了紡絲電壓，同時實現(xiàn)了靜電紡絲裝置的集

3、成。此外，在低壓近場領域，我們進一步研究了收集位置、紡絲溶液濃度、紡絲環(huán)境濕度等對紡絲纖維形貌的影響，并對各種因素的影響規(guī)律做了分析與總結。同時也研究了在各紡絲間距下的臨界紡絲電壓，實驗數(shù)據(jù)很好的符合了泰勒在年提出的臨界電壓理論公式。
　　 其次，我們結合低壓近場靜電紡絲，提出了一種磁場輔助的低壓近場靜電紡絲方法。我們通過在紡絲溶液中添加磁性納米顆粒，同時在收集極板上加永磁鐵的紡絲，使得紡絲針尖與收集極間存在強磁場。與傳統(tǒng)的低壓

4、近場靜電紡絲相比，磁場輔助的低壓近場電紡用磁場力部分取代了電場力對纖維進行拉伸。實現(xiàn)了在同樣紡絲條件下，紡絲所需的電壓的大幅降低。此外我們研究了在不同磁場強度下的紡絲臨界電壓，發(fā)現(xiàn)當磁性納米顆粒僅占紡絲溶液質量分數(shù)為0.2％時，在同樣的紡絲條件下，紡絲臨界電壓可由原來的2 kV降低到1.4 kV,降幅高達30％，證明通過加大磁場強度或增加磁性納米顆粒在溶液中的質量分數(shù)，可以實現(xiàn)更大幅度的降低紡絲電壓。
　　 再次，我們通過改進傳

5、統(tǒng)靜電紡絲裝置設計了一種可以制備有序及絞線結構纖維的紡絲裝置即復合框架收集靜電紡絲裝置。我們通過用兩個復合框架外框旋轉，內框不動，紡絲纖維隨外框旋轉，最后整齊的收集在內框上，即有序排列纖維?？刂评w維一端固定不動，另一端隨電機旋轉，兩分鐘后即可得到一條絞線結構纖維繩索。在我們的實驗中，我們得到的有序排列的纖維陣列長14 cm，寬12 cm，旋轉之后的絞線長10 cm。同時，我們還詳細研究了紡絲電壓、工作距離、轉速、內外框夾角等實驗條件對三