静电纺丝制备量子点纤维薄膜关键技术研究
发布时间：2022-01-16 14:02
随着纳米科技的飞速发展,制备纳米纤维的静电纺丝技术和纳米材料的量子点成为研究热点,通过静电纺丝技术制备的量子点薄膜使量子点分布更加均匀,静电纺丝制备的量子点纤维薄膜受到人们的关注。本文针对传统针头静电纺丝制备量子点纤维薄膜存在产率低、直径分布不集中、稳定性差等问题。通过对现有的滚轮静电纺丝进行改良,对Cd Se/Zn S核壳量子点进行水溶性处理,然后制备出具有良好光学特性的量子点纤维薄膜。具体研究内容如下:1.针对传统单针头静电纺丝产率低、针头易堵塞、纤维直径分布不均等问题,本文提出对可大量生产纳米纤维但电场分布不均的滚轮静电纺丝设备进行改进,滚轮采用非金属材料,电压施加位置由滚轮改为液体槽底部;通过COMSOL Multiphysics 5.0软件数值模拟计算,分析环形辅助电极、平行辅助电极以及平板辅助电极对滚轮静电纺丝中静电场的影响,最终得到最佳的新型滚轮静电纺丝模型。2.研究了溶液浓度、电压、辅助电极、接收距离对纳米纤维直径和产率的影响,得出辅助电极可以使纤维直径分布更加集中,为制备出更加优质的纤维薄膜提供了可靠的支持,与此同时也为量子点纤维薄膜商业化提供了有价值的参考。3.针对...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
射流的各个阶段Fig.1-1Eachstageofthejet
第一章绪论5电纺丝纤维膜在生物活性包封方面具有潜在的应用价值。如今，静电纺丝技术的研究重心不再是单单研究纤维薄膜形成机理，而是致力于静电纺丝技术与其他领域学科的融合和追求品质更高、控制更加容易的多功能纤维薄膜的研究，从而将多功能薄膜应用于日常生活中。1.2.3国内外静电纺丝技术研究现状1.针头式静电纺丝设备的发展现状静电纺丝最简单的形式是单针结构，这已被许多研究人员证明、研究和评述。基本的静电纺丝装置通常由三个主要部件组成：高压电源、提供溶液的针头注射器以及静电纺丝纤维的接收装置。传统静电纺丝通过注射器使液体在电场力作用下形成纳米纤维薄膜，见图1-2。图1-2传统方法制备纳米纤维Fig.1-2Preparationofnanofibersbytraditionalmethods传统单针头静电纺丝装置生产效率很低，而提高纳米纤维产量的一个简单而直接的方法是增加针头的数量，因此多针头静电纺丝设备得到广泛发展。多针头静电纺丝具有结构简单、通用性强、对纤维分布的控制能力强等优点，从而被广泛应用于纳米纤维的大规模生产中。多针头静电纺丝工艺的工作机理与传统的单针头静电纺丝工艺十分相似。因此研究多针头静电纺丝的多种不同结构具有十分现实的意义。Krishnamoorthy等人[53]展示了一种由24（8×3）个针头组成的静电纺丝装置，用于大规模生产纳米纤维。Kim等人[54]开发了一种用于大规模生产纳米纤维的高速圆筒式静电纺丝系统，每个圆筒中有120根针头。虽然多针头静电纺丝装置可以提高产率，但针头之间的相互作用力和针头尖端电场的不均匀，以及喷头堵塞问题还未得到解决。而且多针头静电纺丝产生的同电荷射流相互作用导致射流相互排斥，纤维沉积不均，纤维质量差。
第一章绪论7图1-3双喷嘴气泡静电纺丝装置Fig.1-3Doublenozzlebubbleelectrospinningdevice除此之外，多孔静电纺丝也在文献中有过报道。Srivastava等[60]设计了一种微流控制多孔静电纺丝装置，利用微通道给溶液进料。Varabhas等[61]使用一根长13cm有20个孔的管，管内的金属丝网作为电极，可以生产出0.3-0.5g/h的纳米纤维。Zhou等人[62]使用了一个有四个孔的圆形喷丝板，制备出的PEO纤维具有与单针头静电纺丝制备的纳米纤维相同的结构与形态。郑、曾[63]开发了一种19孔喷丝头，采用改进的多级喷丝头，由于喷射区电场强度更高、更均匀，从孔中静电纺丝的纤维比用单针头纺丝更雹更均匀。与多孔静电纺丝相比，由于针尖附近的电场密度较高，多针静电纺丝也容易产生较大的射流偏差。（2）动态式喷头除了静态式喷头，动态式无针静电纺丝技术也引起了研究界的广泛关注。Simm等人[57]设计的金属圆环作为静电纺丝喷头，喷头旋转时部分浸入纺丝溶液的圆环会携带溶液转动，在电场力作用下圆环顶部溶液形成多股射流。2005年Jirsak等人[64]设计出滚筒式静电纺丝设备，旋转的滚筒表面被一层薄薄的纺丝溶液所覆盖，在旋转过程中，这层纺丝液表面仍在流动，溶液薄膜表面极其不稳定。此时对该金属滚筒施加静电压，该纺丝液表面就非常容易形成多个泰勒锥，从而形成多射流纺丝。随后，Niu等人[65]以滚轮、圆盘和球形作喷丝头，通过静电纺丝制备出聚乙烯醇和聚丙烯腈溶液纳米纤维薄膜。研究结果表明这三种方法都可以提高纳米纤维产率；在纤维产生区域中的强且窄分布的电场可以显著促进高质量纳米纤维的大量生产。尽管出现了如上所述的无针静电纺丝技术，但多针头静电纺丝由于其结构简单、通用性强、对纤维分布的控制能力强等优点，仍被广泛应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电纺制备PVDF基锂离子电池隔膜的研究进展[J]. 王晨,贺辛亥,郭志昂,宋一帆. 合成纤维. 2020(01)
[2]静电纺制备ZnO@PAN纳米复合膜及其光催化性能[J]. 刘雍,曹栋源,夏兆鹏,范杰,陈江涛. 天津工业大学学报. 2019(06)
[3]静电纺丝薄膜支架对MC3T3-E1细胞增殖分化的影响[J]. 刘菲,王松松,刘珂珂,张云涛. 滨州医学院学报. 2019(04)
[4]静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的研究进展[J]. 吴海龙,张朝晖,冯璐,刘世锋,张文彦. 材料导报. 2016(03)
[5]静电纺丝非织造技术及其产业化现状[J]. 刘万军,靳向煜. 产业用纺织品. 2014(01)
[6]Synthesis of microporous membranes and films on various substrates by novel electrospinning method[J]. FAN LiLi,XUE Ming,KANG ZiXi,QIU ShiLun. Science China（Chemistry）. 2013(04)
硕士论文
[1]CdSe/ZnS量子点光致发光薄膜的可控制备及其发光性能研究[D]. 刘雪萍.河南大学 2018
[2]基于萘和苯并噻唑衍生物的新型荧光探针的合成与应用研究[D]. 李先.河南中医药大学 2017
[3]熔喷PBT非织造布及其复合滤材的制备及表征[D]. 王琳.东华大学 2011
本文编号：3592805
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
射流的各个阶段Fig.1-1Eachstageofthejet
第一章绪论5电纺丝纤维膜在生物活性包封方面具有潜在的应用价值。如今，静电纺丝技术的研究重心不再是单单研究纤维薄膜形成机理，而是致力于静电纺丝技术与其他领域学科的融合和追求品质更高、控制更加容易的多功能纤维薄膜的研究，从而将多功能薄膜应用于日常生活中。1.2.3国内外静电纺丝技术研究现状1.针头式静电纺丝设备的发展现状静电纺丝最简单的形式是单针结构，这已被许多研究人员证明、研究和评述。基本的静电纺丝装置通常由三个主要部件组成：高压电源、提供溶液的针头注射器以及静电纺丝纤维的接收装置。传统静电纺丝通过注射器使液体在电场力作用下形成纳米纤维薄膜，见图1-2。图1-2传统方法制备纳米纤维Fig.1-2Preparationofnanofibersbytraditionalmethods传统单针头静电纺丝装置生产效率很低，而提高纳米纤维产量的一个简单而直接的方法是增加针头的数量，因此多针头静电纺丝设备得到广泛发展。多针头静电纺丝具有结构简单、通用性强、对纤维分布的控制能力强等优点，从而被广泛应用于纳米纤维的大规模生产中。多针头静电纺丝工艺的工作机理与传统的单针头静电纺丝工艺十分相似。因此研究多针头静电纺丝的多种不同结构具有十分现实的意义。Krishnamoorthy等人[53]展示了一种由24（8×3）个针头组成的静电纺丝装置，用于大规模生产纳米纤维。Kim等人[54]开发了一种用于大规模生产纳米纤维的高速圆筒式静电纺丝系统，每个圆筒中有120根针头。虽然多针头静电纺丝装置可以提高产率，但针头之间的相互作用力和针头尖端电场的不均匀，以及喷头堵塞问题还未得到解决。而且多针头静电纺丝产生的同电荷射流相互作用导致射流相互排斥，纤维沉积不均，纤维质量差。
第一章绪论7图1-3双喷嘴气泡静电纺丝装置Fig.1-3Doublenozzlebubbleelectrospinningdevice除此之外，多孔静电纺丝也在文献中有过报道。Srivastava等[60]设计了一种微流控制多孔静电纺丝装置，利用微通道给溶液进料。Varabhas等[61]使用一根长13cm有20个孔的管，管内的金属丝网作为电极，可以生产出0.3-0.5g/h的纳米纤维。Zhou等人[62]使用了一个有四个孔的圆形喷丝板，制备出的PEO纤维具有与单针头静电纺丝制备的纳米纤维相同的结构与形态。郑、曾[63]开发了一种19孔喷丝头，采用改进的多级喷丝头，由于喷射区电场强度更高、更均匀，从孔中静电纺丝的纤维比用单针头纺丝更雹更均匀。与多孔静电纺丝相比，由于针尖附近的电场密度较高，多针静电纺丝也容易产生较大的射流偏差。（2）动态式喷头除了静态式喷头，动态式无针静电纺丝技术也引起了研究界的广泛关注。Simm等人[57]设计的金属圆环作为静电纺丝喷头，喷头旋转时部分浸入纺丝溶液的圆环会携带溶液转动，在电场力作用下圆环顶部溶液形成多股射流。2005年Jirsak等人[64]设计出滚筒式静电纺丝设备，旋转的滚筒表面被一层薄薄的纺丝溶液所覆盖，在旋转过程中，这层纺丝液表面仍在流动，溶液薄膜表面极其不稳定。此时对该金属滚筒施加静电压，该纺丝液表面就非常容易形成多个泰勒锥，从而形成多射流纺丝。随后，Niu等人[65]以滚轮、圆盘和球形作喷丝头，通过静电纺丝制备出聚乙烯醇和聚丙烯腈溶液纳米纤维薄膜。研究结果表明这三种方法都可以提高纳米纤维产率；在纤维产生区域中的强且窄分布的电场可以显著促进高质量纳米纤维的大量生产。尽管出现了如上所述的无针静电纺丝技术，但多针头静电纺丝由于其结构简单、通用性强、对纤维分布的控制能力强等优点，仍被广泛应用?
【参考文献】：
期刊论文
[1]静电纺制备PVDF基锂离子电池隔膜的研究进展[J]. 王晨,贺辛亥,郭志昂,宋一帆. 合成纤维. 2020(01)
[2]静电纺制备ZnO@PAN纳米复合膜及其光催化性能[J]. 刘雍,曹栋源,夏兆鹏,范杰,陈江涛. 天津工业大学学报. 2019(06)
[3]静电纺丝薄膜支架对MC3T3-E1细胞增殖分化的影响[J]. 刘菲,王松松,刘珂珂,张云涛. 滨州医学院学报. 2019(04)
[4]静电纺丝法制备纳米多孔氧化物的研究进展[J]. 吴海龙,张朝晖,冯璐,刘世锋,张文彦. 材料导报. 2016(03)
[5]静电纺丝非织造技术及其产业化现状[J]. 刘万军,靳向煜. 产业用纺织品. 2014(01)
[6]Synthesis of microporous membranes and films on various substrates by novel electrospinning method[J]. FAN LiLi,XUE Ming,KANG ZiXi,QIU ShiLun. Science China（Chemistry）. 2013(04)
硕士论文
[1]CdSe/ZnS量子点光致发光薄膜的可控制备及其发光性能研究[D]. 刘雪萍.河南大学 2018
[2]基于萘和苯并噻唑衍生物的新型荧光探针的合成与应用研究[D]. 李先.河南中医药大学 2017
[3]熔喷PBT非织造布及其复合滤材的制备及表征[D]. 王琳.东华大学 2011
本文编号：3592805
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