電紡納米纖維運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與仿真.pdf

1、靜電紡絲技術(shù)簡單、制造成本低、電紡絲納米纖維性能優(yōu)越，在柔性電子、生物醫(yī)學(xué)和MEMS等領(lǐng)域受到了廣泛的關(guān)注。由于電紡絲過程的不穩(wěn)定和影響因素的不確定性，如何實(shí)現(xiàn)靜電紡絲納米纖維的可控沉積一直是靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用研究的難題和關(guān)鍵。 本文針對(duì)電紡絲過程納米纖維空間運(yùn)動(dòng)和沉積規(guī)律展開研究。討論了收集板上已沉積納米纖維對(duì)后續(xù)運(yùn)動(dòng)纖維的力學(xué)關(guān)系，通過數(shù)學(xué)建模仿真了納米纖維的空間運(yùn)動(dòng)和沉積過程。 首先，建立剛性納米纖維運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行納

2、米纖維運(yùn)動(dòng)仿真。剛性納米纖維與收集板接觸之前，纖維運(yùn)動(dòng)包含了平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)部分；當(dāng)剛性纖維接觸到收集板后，纖維運(yùn)動(dòng)只存在轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，這兩種運(yùn)動(dòng)形式共同構(gòu)成了靜電紡絲過程射流/纖維的螺旋和鞭動(dòng)過程。 進(jìn)行納米纖維運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，討論了各工藝參數(shù)的影響權(quán)重。結(jié)果表明施加電壓和電極間距是納米纖維運(yùn)動(dòng)的主要影響因素。隨著電極間距的減小，剛性納米纖維運(yùn)動(dòng)距離將隨之迅速減小，通過減小電極間距有利于實(shí)現(xiàn)纖維的可控沉積，與近場靜電紡絲原理相符。

3、 基于Maxwell粘彈性力學(xué)理論建立了柔性納米纖維運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型，分析了柔性納米纖維的空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和沉積規(guī)律。討論了纖維運(yùn)動(dòng)中螺旋與鞭動(dòng)狀態(tài)與電極間距的關(guān)系，當(dāng)電極間距小于3mm時(shí)，纖維運(yùn)動(dòng)過程中螺旋與鞭動(dòng)將明顯減少，有利于獲得有序納米纖維；收集板導(dǎo)電率越小，已沉積纖維電荷導(dǎo)走速度越小，已沉積纖維的電荷排斥力對(duì)后續(xù)納米纖維沉積過程的影響增強(qiáng)，較難以獲得有序納米纖維；聚合物溶液濃度增大，納米纖維分布將變得更加密集有序。開展近場靜