旋转离心电纺制备连续纳米纤维的工艺研究

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1、硕士学位论文旋转离心电纺制备连续纳米纤维的工艺研究ASTUDYONPREPARATIONOFCONTINUOUSNANOFIBERSBYROTATINGCENTRIFUGALELECTROSPINNING吉希希哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TQ340.64学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文旋转离心电纺制备连续纳米纤维的工艺研究硕士研究生：吉希希导师：于杰教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ340.64U.D.C:620Disser

2、tationfortheMasterDegreeinEngineeringASTUDYONPREPARATIONOFCONTINUOUSNANOFIBERSBYROTATINGCENTRIFUGALELECTROSPINNINGCandidate：JiXixiSupervisor：Prof.YuJieAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2015Degre

3、e-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要静电纺丝是一种制备连续纳米纤维的重要方法，在净化/过滤、光电器件、电池隔膜、催化、组织工程、复合材料、传感器等领域具有广泛的应用前景。然而，传统单喷头静电纺丝制备纳米纤维的效率很低，这极大地限制了纳米纤维的产业化应用。因此，如何提高静电纺丝的生产率是静电纺丝技术中需要解决的关键问题之一。本论文在静电纺丝过程中，通过加入离心力的方法来提高纳米纤维产量，建立了旋转离心电纺工艺。同时，为了验证该方法的适用性，制备了多种聚合物纳米纤维和无机纳米纤维。主要研究内容

4、及结果如下：以聚丙烯腈（PAN）纤维为基础，讨论了装置参数和工艺参数对纳米纤维形貌和产量的影响。装置参数包括孔径和喷口数目等，而工艺参数包括电机转速、溶液浓度和纺丝电压等。研究表明，在相同条件下，PAN纳米纤维的产量随着喷口直径的增大而增大。同时，由于浓度和转速对纤维产量及形貌均具有较大影响，通过改变浓度和转速确定了最佳的喷口直径为0.8mm。PAN纤维产量亦随着喷口数目的增加而增加，但纤维形貌不受影响，通过改变浓度和转速最终确定了最佳喷口数为25个。在优化的装置参数下，转速为4200rpm、PAN浓度为20%时，纤维最高产量可达186.12gh-1，是传统静电纺丝产量的上千倍。进而，通过

5、研究旋转离心电纺方法制备不同的纳米纤维，证明了这种方法能较大规模制备出不同种类的聚合物纳米纤维，对其热处理后能获得不同种类的无机纳米纤维，如碳纳米纤维、金属氧化物纳米纤维和金属纳米纤维等。首先，分别以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、醋酸为溶剂，制备了聚氧化乙烯（PEO）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）纳米纤维。同时，将此方法制备出的聚合物PAN纳米纤维、不同聚合物的WO3前驱体纳米纤维、BN的前驱体纳米纤维经过热处理后，分别获得了直径均匀分布的碳、WO3、W和BN纳米纤维。关键词：纳米纤维；产量；静电纺丝；旋转离心电纺；聚合物I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractElectrospin

6、ningisanimportantmethodforpreparingcontinuousnanofibers,whicharehighlypromisingforapplicationsinawiderangeoffieldssuchaspurification/filtration,photoelectricdevices,batteryseparators,catalysis,tissueengineering,compositematerials,andsensors.However,theefficiency(theyieldofnanofibers)oftraditionals

7、inglenozzleelectrospinningisverylow,whichgreatlylimitstheindustrialapplicationofnanofibers.Therefore,oneoftheimportantissuesistoincreasetheproductivityofelectrospinning.Aimingatincreasingthenanofiberyield,thisstu