新型静电纺丝技术制备功能微纳米纤维及其应用

【摘要】静电纺丝法是一种简单、快捷,且可以较大规模制备均匀、连续的一维纳米结构材料的方法,其制备的纤维直径可从几十个纳米到几微米。研究和开发静电纺丝技术及其制备的一维纳米结构材料的应用已经成为各国科研人员广泛关注的课题。到目前为止,通过电纺技术已经实现了近百种不同聚合物纳米纤维、各种类型聚合物/无机物复合纳米纤维及无机纳米纤维的制备。由于静电纺丝微纳米纤维独特的物理化学性质,因此在组织工程、纳米传感器、太阳能电池、药物缓释、催化、柔性器件等领域具有广泛的潜在应用。传统静电纺丝最常见的产物是二维无纺布纤维结构,这在某种程度上限制了其更进一步的应用,因此,对于形貌可控电纺微纳米纤维结构及其应用的需求也日益增加。本文基于电纺基本原理,尝试利用新型静电纺丝法制备形貌可控的微纳米纤维结构。在对其形成机理进行详细探讨的同时,还对其部分结构的应用进行了深入的探索和研究。首先,通过对电纺过程中部分工艺参数的控制,我们利用传统静电纺丝装置在很短的时间以内,制备了三维自组装堆垛纤维结构。该堆垛结构可在很短时间内达到超过10cm的高度。在详细研究该三维自组装纤维结构形成机理之后,我们实现了三维堆垛结构与传统二维纤维膜之间的成功转换。其次,考虑到扭曲结构在预应变控制方面得天独厚的优势,我们分别制备了基于无序和有序结构的电纺纤维扭曲结构：先是利用带有尖端收集极的静电纺丝装置制备了无序的螺旋扭曲结构。通过将常规静电纺丝中的铝箔变成一个具有很小面积的尖端收集极,可以改变正负极之间的电场分布,从而改变电纺纤维内部力学分布,增加纤维的力学不稳定性,因此更容易形成扭曲螺旋结构的微纳米纤维。然后,我们利用结合了静电纺丝与简谐运动的新型静电纺丝装置—纺丝喷头往复式静电纺丝装置,使得有序排列扭曲结构的导电聚合物纤维阵列得以制备。由于存储于扭曲结构中的预应变得以控制,因此基于该阵列制备的柔性可拉伸应变传感器,具有优良的抗拉伸性,并且具有很好的可重复性和耐久性。再次,我们以电纺PMMA纤维作为模板,通过原位聚合的方法在其表面生长了一层纳米枝状结构聚苯胺,从而制备出新型同轴纤维结构,PMMA纤维外包裹的纳米枝状结构聚苯胺使得材料具有较高的比表面积。此外,我们对该同轴结构纤维的电学性能以及对氨气的气体敏感性能进行了测试。结果表明,基于无序排列的同轴纤维结构具有较低的电导率,但对氨气的气体敏感性更高；而基于有序排列的同轴结构纤维则表现出更良好的电学性能。最后,我们通过双框架收集装置和离心电纺装置制备了纳米纤维绞线结构,通过对电纺参数的控制,这两种方法制备的绞线结构表面干净光滑,没有毛刺,且后者构成绞线的纤维数目可控,这对于研究单根电纺微纳米纤维的力学性能有着积极的意义。该绞线结构可望用于制备光学器件、电子器件,以及用于微机电系统的微纳米绳索/人工肌肉等。
【作者】孙彬；
【导师】龙云泽；
【作者基本信息】青岛大学，材料学，2014，博士
【关键词】三维自组装堆垛结构；螺旋扭曲纤维结构；柔性可拉伸应变传感器；纳米枝状结构同轴纤维；纳米绞线结构；

【参考文献】
[1]曹志远.移动通信企业构建服务营销战略体系的研究[D].中国海洋大学,企业管理,2003,硕士.
[2]王艳芬,纪宝明,陈佐忠,DennisOjima.锡林河流域放牧条件下草原CH_4通量研究结果初报[J].植物生态学报,2000,06:693-696.
[3]隋建峰.钛合金表面TiN/Al复合涂层原位生成技术及抗冲蚀性能研究[D].华东理工大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[4]李留胜.太阳能集热装置日跟踪电液控制系统的设计与开发[D].河南科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[5]李昕.Internet信息处理系统中虚拟存储子系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2010,硕士.
[6]刘言冰.我国公立高校筹款机制研究[D].沈阳师范大学,教育经济与管理,2013,硕士.
[7]丰川.高山峡谷水库蓄水对淹没区地下水环境影响分析研究[D].西南交通大学,环境工程,2014,硕士.
[8]杨智永.环境梯度上植物群落组成的时间周转模式及正相互作用的影响[D].兰州大学,生态学,2013,硕士.
[9]孙巧珍.关于结构化学教学改革的实践体会[J].考试周刊,2011,18:27-28.
[10]赵新泉.金融发展与出口产品技术含量研究[D].浙江工商大学,国际贸易学,2013,硕士.
[11]罗适.古典时期雅典与波斯军事外交关系研究[D].山西师范大学,世界史,2013,硕士.
[12]工信部运行监测协调局.2013年电子信息产业统计公报[N].中国电子报,2014-03-04001.
[13]漆艳辉.论上网中学生道德观的冲突与调适[D].湖南师范大学,教育,2004,硕士.
[14]梅开行.永磁体预偏磁电感器的优化设计[D].南昌航空大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[15]林震宇.圆钢管RPC轴压柱受力性能研究[D].福州大学,结构工程,2004,硕士.
[16]葛照强.一类一阶耦合广义系统的极点配置问题[J].控制与决策,2002,02:159-162+166.
[17]李朝辉.基于构件复用技术的组态模型及平台研究[D].大连理工大学,2005.
[18]郭欣.数控切割机控制系统的程序编译及图形变换[D].西南交通大学,电力电子与电力传动,2012,硕士.
[19]肖寒,宋金玲.数字矿区的建设构想[J].江苏地质,2003,04:225-228.
[20]郭琳洁.《伦理智慧》中修辞格的翻译[D].广东外语外贸大学,翻译（专业学位）,2013,硕士.
[21]张敏华.氧化葡萄糖酸杆菌D-木糖代谢途经的遗传分析[D].华东理工大学,发酵工程,2013,硕士.
[22]徐建新.尿素生产低常压回收系统及解吸塔的模拟分析[D].河北工业大学,化学工程,2013,硕士.
[23]任芹.高考英语测试的信息转换能力共同量表实证研究[D].湖南师范大学,英语语言文学,2014,硕士.
[24]金沈杰,吴绍春,吴耿锋,严胜祥.基于预聚类技术的并行序贯模式挖掘算法[J].计算机工程与科学,2004,10:66-68+90.
[25]曹长修.自适应消除干扰的新算法(使用矩阵奇异值分解)[J].自动化学报,1986,02:146-154.
[26]姜钦耀.北京苹乐园观光农业园发展模式研究[D].北京化工大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[27]戚文龄.试论克里斯托弗·诺兰电影叙事中的悲剧性[D].华东师范大学,电影学,2013,硕士.
[28]刘忠,李立军,朱虹.县域农业生态分析评价决策支持系统的构建[J].中国农业科技导报,2003,01:18-21.
[29]王亚兰.分布式异构数据库集成与透明访问的研究与实现[D].西南交通大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[30]刘睿菲.《索尼奇卡》主人公形象内涵及其现实意义研究[D].内蒙古师范大学,俄语语言文学,2013,硕士.
[31]张满.新型瓦型导线带电覆冰及其对交流电晕起始电压影响研究[D].重庆大学,电气工程,2014,硕士.
[32]王占峰.秦皇岛市教育督导创新研究[D].燕山大学,公共管理,2014,硕士.
[33]巩勇.论党报副刊的发展与创新[D].广西大学,新闻学,2004,硕士.
[34]袁艺萌.330例IgA肾病临床与病理分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[35]冯铁球.低压直流供电数字LED驱动设计[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2014,硕士.
[36]安志峰.计量器具登记备案管理信息系统[D].山东大学,计算机技术（专业学位）,2012,硕士.
[37]俞晓峰.混合动力客车电源管理系统研究与设计[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2013,硕士.
[38]陈春根,钱静,应美群.环境规制对我国制造业出口贸易竞争力影响的实证分析[J].经济论坛,2013,10:83-86.
[39]何薇.NADPH氧化酶4在心肌缺氧/复氧损伤中的作用及机制研究：线粒体NAD~+/NADH-Sirt3信号机制[D].第四军医大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[40]黄文杰.出院计划模式在脑卒中患者自我护理中的研究[D].吉林大学,护理学,2014,硕士.
[41]朱银凤.PCI高速数据传输平台的研究[D].宁波大学,电路与系统,2013,硕士.
[42]韩裕璧.祛胰抵胶囊对DPN患者氧化应激状态的影响及疗效观察[D].黑龙江中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[43]陈颂.罗丹明荧光染料的TICT作用机制及荧光探针的应用研究[D].中南大学,化学,2013,博士.
[44]刘连峰.猝发式直扩信号数字化接收机解扩技术研究[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[45]林伟星.苏辙绍圣以后诗歌的文本分析[D].福建师范大学,中国古代文学,2004,硕士.
[46]罗建伟.浅析项目监理项目的动作模式[D].西南交通大学,工商管理,2003,硕士.
[47]李达.汽车零部件质量改善方法应用研究[D].清华大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[48]贺迟.超高速传输系统的传输特性研究[D].北京交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[49]吴梅霞.不利解释原则在海上保险领域的适用研究[D].大连海事大学,法学,2013,硕士.
[50]单熙.A县农村信用社员工培训体系优化设计[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.