[01637713]热气泡静电纺的机理和应用

1.研究内容 （1）本项目提出了一种全新的静电纺方法—热气泡静电纺,并研制了有关的纺丝设备。这种方法能同时产生上千条射流,大大提高静电纺的产量,与传统的静电纺方法相比,这种方法具有更高的可控性和产业优势。 （2）从理论和实验两方面研究热作用对泰勒锥的形成和形状,纳米纤维形成和形态的影响。热气泡静电纺的热作用对溶液的黏度系数、表面张力系数和纤维的固化产生直接影响,温度成为控制生产过程和产品形态的重要手段。 （3）从电磁学和电动力学的角度,研究静电纺的空间电场,给出其更精确的表达式;揭示射流中的电流产生的磁场,分析电场力和射流间的磁场力对射流运动、成丝和纳米纤维在收集装置上分布的影响。 （4）建立了完善的热气泡静电纺的力学模型,完整地揭示溶液由射流固化为纳米纤维的整个物理演化过程。在传统静电纺研究的基础上,本项目新引入热作用和射流间的磁场力等新的物理量,对电场分布进行更加精确的描述。在综合考虑空气阻力、溶剂的挥发等因素的基础上,利用质量、能量、动量、角动量和电荷等的守恒关系建立的这一模型,将对静电纺的产业化生产具有更强的指导意义。 （5）以水为溶剂制取明胶纳米纤维,对纳米纤维的形态进行测试,综合分析各种因素对纳米纤维形态的影响,找到最优的生产工艺。 2.研究目标：提出一种全新的静电纺方法—热气泡静电纺,并研制有关纺丝设备;对热气泡静电纺进行理论和实验研究,探明这种方法制备纳米纤维的机理,建立完善的热气泡静电纺的力学模型;分析包括热作用、磁场力等在内的各种物理参量对纺丝过程、纳米纤维形态的影响,找到最优的工艺参数,为纳米纤维的批量化生产提供理论和技术支撑。 3.解决的关键问题： （1）热气泡静电纺生产装置的设计和制造。装置将包含热气泡产生装置和温控装置。 （2）建立完善的热气泡静电纺的力学模型是完成本项目的着力点,它是涉及运动学、动力学、流体力学、电流体动力学、聚合物流变学、电磁学以及电动力学的一复杂问题。 （3）探明热作用对泰勒锥的形成,纳米纤维的形成和形态的影响。热作用会直接影响溶液的黏度系数、表面张力系数和溶剂的挥发,它们和其他因素一起共同影响着射流的产生和运动。 （4）对纺丝区内静电场分布的分析。以前的研究过于简化,在很大程度上回避了其复杂性。