基本信息
- 項(xiàng)目名稱:
- 電紡聚合物納米纖維的尺寸效應(yīng)
- 小類:
- 能源化工
- 簡介:
- 本文對聚丙烯腈(PAN),尼龍4/6(Nylon-4,6),間位芳綸(Nomex),聚乳酸(PLA)等幾種聚合物的電紡納米單絲的直徑及其相應(yīng)的機(jī)械性能進(jìn)行了測試,發(fā)現(xiàn)這幾種聚合物電紡納米纖維的機(jī)械性能對其纖維直徑存在依賴關(guān)系,纖維的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量隨直徑的減小呈現(xiàn)急劇上升的趨勢,特別是在纖維直徑小于400 nm后,這種趨勢尤為明顯。這種顯現(xiàn)在不同聚合物納米纖維之中的相同現(xiàn)象實(shí)為電紡聚合物納米纖維的“機(jī)械性能尺寸效應(yīng)”。
- 詳細(xì)介紹:
- 通過電紡納米單纖維拉伸技術(shù),測定了直徑范圍在50nm到800nm Nylon6/6納米單纖維的機(jī)械性能,研究了纖維直徑對電紡納米單纖維機(jī)械性能的影響。與以前報道不同的是,本文利用原子力顯微鏡(AFM)取代掃描電子顯微鏡(SEM)來測量納米單纖維的直徑。利用納米單纖維拉伸測試儀(JQ03new,中國上海),成功測定了直徑小于100nm的納米纖維的機(jī)械性能。研究結(jié)果顯示:隨著納米纖維直徑的減小,纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量增加,并在直徑小于400nm時急劇增大,即稱為“電紡納米纖維機(jī)械性能的尺寸效應(yīng)”。直徑~50nm的Nylon6/6納米單纖維的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量分別為9.9GPa和30GPa,而直徑~500nm的Nylon6/6納米單纖維的拉伸強(qiáng)度和模量分別只有108 MPa和1.3 GPa。用拉伸測試方法研究了其他不同種類的聚合物電紡納米纖維的機(jī)械性能與其直徑的關(guān)系,如聚間苯二甲酰間苯二胺(Nomex),聚丙烯腈(PAN),尼龍4/6(nylon 4/6),聚乳酸(PLA)等。結(jié)果顯示:當(dāng)直徑小于400nm時,這些納米單纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量也都隨著纖維直徑的減小而增大。說明“電紡納米纖維機(jī)械性能的尺寸效應(yīng)”是普遍存在的現(xiàn)象。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 電紡聚合物納米纖維的直徑很小,比聚合物分子鏈長小得多。在分子鏈長度比纖維直徑還要大的情況下,電紡納米纖維中聚合物分子的堆積、取向以及纖維表面分子鏈所占比例將與纖維直徑相關(guān)。即纖維直徑將會對纖維的性質(zhì)產(chǎn)生影響。目前,相關(guān)領(lǐng)域?qū)﹄娂徏{米纖維的機(jī)械性能,尤其是單纖維機(jī)械性能的研究還很有限。本項(xiàng)目研究目的是希望籍此研究結(jié)果提高對電紡納米纖維機(jī)械性質(zhì)的更深刻認(rèn)識,開辟制備高強(qiáng)度電紡納米纖維的新途徑。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 實(shí)驗(yàn)中,我們利用原子力顯微鏡(AFM)取代掃描電子顯微鏡(SEM)來測量納米單纖維的直徑,利用納米單纖維拉伸測試儀(JQ03new,中國上海),成功測定了直徑小于100nm的納米纖維的機(jī)械性能。 本項(xiàng)目首次提出并研究尼龍納米纖維機(jī)械性能在50至800納米直徑范圍內(nèi)的尺寸效應(yīng),是電紡聚合物納米纖維機(jī)械性能研究方面的創(chuàng)新。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義
- 該項(xiàng)目研究的成功將對電紡聚合物納米纖維的機(jī)械性能的深刻認(rèn)識具有重大的理論意義,所凝練的理論將對制備高強(qiáng)度聚合物納米纖維具有實(shí)際的指導(dǎo)作用。 同時,其所構(gòu)成的膜或布不僅有優(yōu)異的過濾性能,可被用來制作不僅舒適而且高效的各種服裝;高效的過濾器也將用在各種地區(qū)的空氣凈化;用在電池工業(yè)上作電池隔膜和高效的電極等;用在宇航事業(yè)中作為光帆推動宇宙飛船在太空飛行。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 通過電紡納米單纖維拉伸技術(shù),測定了直徑范圍在50nm到800nm的Nylon6/6納米單纖維的機(jī)械性能,研究了纖維直徑對電紡納米單纖維機(jī)械性能的影響。與以前報道不同的是,本文利用原子力顯微鏡(AFM)取代掃描電子顯微鏡(SEM)來測量納米單纖維的直徑。利用納米單纖維拉伸測試儀(JQ03new,中國上海),成功測定了直徑小于100nm的納米纖維的機(jī)械性能。研究結(jié)果顯示:隨著納米纖維直徑的減小,纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量增加,并在直徑小于400nm時急劇增大,即稱為“電紡納米纖維機(jī)械性能的尺寸效應(yīng)”。用拉伸測試方法研究了其他不同種類的聚合物電紡納米纖維的機(jī)械性能與其直徑的關(guān)系,如聚間苯二甲酰間苯二胺(Nomex),聚丙烯腈(PAN),尼龍4/6(nylon 4/6),聚乳酸(PLA)等。結(jié)果顯示:當(dāng)直徑小于400nm時,這些納米單纖維的拉伸強(qiáng)度和彈性模量也都隨著纖維直徑的減小而增大。說明“電紡納米纖維機(jī)械性能的尺寸效應(yīng)”是普遍存在的現(xiàn)象。
獲獎情況
- 無
鑒定結(jié)果
- 無
參考文獻(xiàn)
- [1] Huang, C.B.; Chen, S.L.; Lai, C.L.; Reneker, D. H.; Qiu, H.Y.; Ye, Y.; and Hou, H.Q. [J]Nanotechnology 2006, 17, 1558. [2] Lee, K. H.; Kim, H. Y.; Khil, M. S.; Ra, Y. M.; Lee, D.R. [J] Polymer 2003, 44, 1287. [3] Nair, L. S.; Bhattacharya, S.; Bender, J. D.; Greish, Y. E.; Brown, P. W.; Allcock, H. R.; Laurencin, C. T. [J]Biomacromolecμles 2004, 5, 2212. [4] Hou, H.Q.; Zeng, J.; Ge, J. J.; Reneker, D. H.; Greiner, A.; Cheng, Stephen Z. D. [J]Chem.Mater 2005, 17(5), 967. [5] Guhados, G.; Wan, W. K.; and Hutter, J. L. [J]Langmuir 2005, 21, 6642. [6] Wang, M.; Jin, H.-J.; Kaplan, D. L.; and Rutledge, G. C. [J]Macromolecμles 2004, 37, 6856. [7] Tan, E. P. S.; Lim, C. T. [J]Appl.Phys.Lett 2004, 84, 1603. [8] Leuba, S.; Zlatanova, H. J.; Karymov, M. A.; Bash, R.; Liu, Y-Z.; Lohr, D.; Harrington, R. E.; and Lindsay, S. M. [J]Single.Mol 2000, 1, 185. [9] Tan, E.P.S.; Ng, S.Y.; Lim, C.T. [J]Biomaterials 2005, 26, 1453.
同類課題研究水平概述
- 美國是研究和應(yīng)用聚合物納米纖維最早的國家,當(dāng)代電紡絲之父Reneker 博士從上世紀(jì)90年代初開始研究用電紡絲技術(shù)制造聚合物納米纖維,引領(lǐng)世界聚合物納米纖維研究的潮流;德國的Greiner博士是中空納米纖維的開拓者,在2000年成功地開發(fā)了中空納米纖維,引導(dǎo)了有機(jī)、無機(jī)中空納米纖維的國際研究。韓國政府緊隨世界潮流,宣布將納米功能性紡織品生產(chǎn)技術(shù)歸入新一代技術(shù)開發(fā)計劃中,在2010年前投入401億韓元(其中政府承擔(dān)252億韓元)作為聚合物納米纖維研究和技術(shù)開發(fā)經(jīng)費(fèi)。 我國目前在該領(lǐng)域也很活躍,長春應(yīng)化所、北京化學(xué)所、東華大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、東南大學(xué)等幾家單位在電紡絲技術(shù)領(lǐng)域做了大量的研究工作,取得了優(yōu)異的成績,使我國在電紡技術(shù)的國際競爭行列中占有一席之地。我校在省委、省政府的關(guān)懷下,在省科技廳、省教育廳的積極支持與扶持下,組建了省高校納米纖維工程技術(shù)中心,在省內(nèi)形成了一個聚合物納米纖維研究與技術(shù)開發(fā)的平臺,組建了聚合物納米纖維科研團(tuán)隊(duì),購買了大量的儀器設(shè)備,并展開了卓有成效的研究工作,取得了令人驕傲的成績。 基于我校納米纖維工程中心在聚合物納米纖維研究領(lǐng)域的雄厚工作基礎(chǔ)和良好的工作平臺,本團(tuán)隊(duì)選擇有關(guān)聚合物納米纖維的制備與性能方面的課題進(jìn)行研究,希望在一個高起點(diǎn)上取得在國內(nèi)外具有較大影響的研究成果,對推動聚合物納米纖維學(xué)科的繼續(xù)發(fā)展作出積極貢獻(xiàn)。