蘸取預製泰勒錐的納米纖維高產電紡製造基礎研究

《蘸取預製泰勒錐的納米纖維高產電紡製造基礎研究》是依託廈門大學，由吳德志擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：蘸取預製泰勒錐的納米纖維高產電紡製造基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：吳德志
• 依託單位：廈門大學

項目摘要

實現納米纖維的批量製造是其在材料、生物醫學、能源及微納米器件等領域獲得套用的關鍵。針對傳統電紡的效率低、射流不穩定和溶液粘稠化等缺陷，提出蘸取預製泰勒錐的高產電紡方法：針尖陣列插入水平聚合物溶液表面後迅速抽離，溶液變形成泰勒錐，強電場作用下錐頂產生穩定射流，經不穩定運動和溶劑揮發得到納米纖維，實現了高產量、低電壓、無需清洗和電紡結果（纖維直徑、表面質量和沉積分布）良好的有機結合。本項目研究蘸取預製泰勒錐的納米纖維高產電紡製造的基本問題和關鍵技術，主要包括：電紡的高產機理與基本規律、泰勒錐穩定持續射流臨界條件、蘸取預製泰勒錐行為方式和陣列化泰勒錐的設計規則等。闡明蘸取預製泰勒錐電紡高產的內在機制；構建臨界電壓與溶液濃度、電極間距、針尖陣列結構和針尖抽離速度等的關係；最佳化蘸取泰勒錐行為方式；揭示陣列泰勒錐的分布對電紡結果的作用規律，有助於加深對批量電紡、電液動力學控制行為這一類科學問題的認識。

結題摘要

納米纖維的製造及其套用研究業已成為國際學術界和工業界的焦點。高效穩定製備直徑可控、一致性好、沉積分布均勻的納米纖維是其在材料、生物醫學、能源及微納米器件等領域獲得套用的關鍵。項目研究了蘸取預製泰勒錐與射流在不同條件下的形態，揭示了大泰勒錐尺寸和高速射流特徵是蘸取預製泰勒錐高產電紡的根本原因，掌握了其基本行為規律；考察了電壓、插入深度等對泰勒錐持續噴射的影響；研究了針尖間距和誘導方式等對泰勒錐的影響規律，明確了泰勒錐的設計規則，陣列針尖間距需1cm以上。分析了各工藝參數與納米纖維直徑和產量的關係；研製了一套 3m×3m×2.5m 的針尖誘導蘸取預製泰勒錐電紡的自動化裝備，工作電壓 70kV下產量 50g/h以上。基於納米纖維開發出了PI/PVDF/PI和PVDF/PI兩種高安全性鋰電池隔膜，其電化學性能和熱穩定性等都高於商業化隔膜。項目研究進一步加深了對批量電紡和電液體動力學控制行為的理解。 項目實施形成如下成果： 1. 學術成果：發表了論文7篇，SCI收錄3篇（其中1區論文1篇，2區論文2篇）， EI收錄2篇；申請發明專利3項目，授權發明專利9項； 2. 學術交流：參加國際會議3次（其中一篇會議論文獲3M-NANO最佳會議論文提名獎），1人前往加州大學伯克利分校學術交流； 3. 人才培養：培養碩士研究生4人（已畢業3人），其中胡興旺和黃少華同學獲得國家獎學金。