利用静电纺丝技术,将聚乳酸(PLA)和载银二氧化钛(Ag-TiO_2)进行混合纺丝,制备PLA/Ag-TiO_2复合纳米纤维膜。将制备的PLA/Ag-TiO_2复合纳米纤维膜应用于亚甲基蓝溶液的催化降解和空气过滤领域,研究其光催化、过滤和重复使用等性能。同时采用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散X射线光谱仪(EDX)对纳米纤维膜进行表征。研究结果表明:当PLA/Ag-TiO_2纺丝液中PLA的质量分数为10%(Ag-TiO_2占PLA的质量分数为2%)时,制备的复合纳米纤维膜的纤维形态较好,纤维直径更加均匀;使用50 mg复合纳米纤维膜光催化降解质量浓度为5 mg/L的50mL亚甲基蓝溶液,反应时间达到80 min时,亚甲基蓝降解率达到53. 50%,纳米纤维膜重复使用5次后,依然保持良好的光催化性能;同时复合纳米纤维膜具有优异的过滤性能,其空气过滤效率最高达到95. 70%。
对近场直写静电纺丝技术的机理、发展、相关参数的控制以及应用方面展开综述,指出该技术亟待解决或改进的问题,包括纺丝机理不甚清晰;接收距离较短、严重限制射流拉伸和溶剂的完全挥发;纺丝纤维在空间第三维的可控性普遍不高;潜在应用有待进一步开发等。提出未来的研究方向主要集中在:近场直写静电纺丝技术理论研究、生产效率的提高、制备3D结构材料以及开发其在生物工程及微纳米技术领域的应用等。
高分子微纳米纤维支架的力学强度是组织工程支架设计与计算的重要影响因素。本论文建立了一种具有随机分布特征的高分子微纳米纤维支架的弹性力学模型,综合考虑了纤维之间拉伸、弯曲及剪切力的影响,并通过微纳米纤维支架的有限元分析数据对模型计算结果进行验证。结果显示,该模型可以用于模拟计算随机分布型高分子微纳米纤维支架的整体力学性能与纤维支架密度、高分子纤维直径等结构参数之间的关系。
采用3种改性剂对凹凸棒石进行表面改性,然后通过静电纺丝技术制备凹凸棒石-聚丙烯腈(ATP-PAN)复合纳米纤维膜,研究改性剂对复合膜结构和空气过滤性能的影响,优化ATP-PAN复合膜材料的静电纺丝制备工艺。结果表明,经十八烷基三甲基溴化铵和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷联用改性后的凹凸棒石纳米棒在复合纳米纤维膜中的分布较优。以邻苯二甲酸二辛酯(DOP)气溶胶颗粒为目标过滤物,发现凹凸棒石使复合膜的空气过滤效率达到98. 670%,压降仅为106. 7 Pa,品质因数为0. 407 3 Pa~(-1),表明以凹凸棒石为功能添加剂的复合纳米纤维膜材料在空气过滤领域具有良好的应用前景。
针对聚丙烯腈(PAN)耐热性能较差,聚砜酰胺(PSA)阻燃但染色性能较差等问题,在保持纺丝液质量分数、纺丝接收距离等条件不变的前提下,利用自制旋转式动态静电纺纱机,分别采用不同纺丝电压和不同接收器转速制备一系列聚丙烯腈/聚砜酰胺复合纳米纱线。借助扫描电子显微镜、单纱强力机、毛细管效应测定仪、傅里叶变换红外光谱仪和热重分析仪对复合纳米纱线的结构和性能进行表征。结果表明:纺丝电压和接收器转速对纳米纱线的形态影响比较明显,并进一步影响纱线的力学性能;当纺丝电压为25 kV、接收器转速为40 r/min时,纱线具有较好的外观形貌、力学性能和热性能;当接收器转速为60 r/min,纺丝电压为30 kV时,纳米纱线的芯吸性能最好。
为克服癸酸-棕榈酸-硬脂酸(CA-PA-SA)三元低共熔物液相渗漏和导热性能差的问题,以不同质量比的静电纺聚丙烯腈/氮化硼(PAN/BN)复合纳米纤维膜作为支撑材料,通过物理吸附法制备新型CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜,并研究了BN导热纳米粒子对复合相变纤维膜的形貌结构、储热性能以及储热和放热速率的影响。结果表明:添加质量分数为10%的BN导热纳米粒子对制备的CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜的形貌结构没有影响;复合相变纤维膜的融化温度和融化焓值分别为25℃和136.4～138.6 kJ/kg;通过添加具有高导热系数的BN纳米粒子,CA-PA-SA/PAN/BN复合相变纤维膜的整体传热性能增强,储热和放热时间分别缩短了38%和41%。
综述近年来国内外对复合材料层间增韧的研究现状,重点介绍层间胶膜增韧、层间颗粒增韧、层间纳米纤维增韧和Z-pin增韧技术等4种层间增韧方法,总结树脂基层合结构复合材料在纺织领域的应用。文章表明,复合材料层合板由于易发生分层破坏,使得其在强度和刚度等性能上明显下降,最终使得整个复合材料发生破坏,严重限制了它的应用,全面对复合材料的层间断裂韧性问题进行研究,加强各种增韧方法增韧效果的系统研究,保证树脂基复合材料在提高其韧性的同时具有良好的综合性能,进一步开展适用多种成形工艺的层间增韧技术,对复合材料在各个领域的应用具有十分重要的意义。
以静电纺丝制备的壳聚糖(CS)/聚乙烯醇(PVA)纳米纤维膜为吸附剂,研究了反应时间、甲基橙初始质量浓度、膜吸附剂用量和pH值对吸附甲基橙染料的影响,并通过吸附动力学行为和吸附等温线研究了其吸附机制。结果表明:当pH值在5～9之间、甲基橙初始质量浓度为100 mg/L、吸附剂用量为30 mg、反应时间为60～120 min之间时,吸附效果最佳且吸附平衡时间为3 h;CS/PVA膜对甲基橙的吸附既有物理吸附也有化学吸附,化学吸附占主导作用,CS/PVA膜对甲基橙的吸附符合Langmuir等温线和拟二级动力学模型。
蛛丝纤维具有强度高、柔韧性及生物相容性好等材料学特性,因而蛛丝蛋白在人造血管、神经导管及药物载体等方面有潜在巨大价值。将本课题组前期得到的大腹圆蛛梨状腺丝的一个重复区(Rp)进行原核表达,得到蛛丝蛋白作为实验材料。通过探究静电纺丝条件,将该蛋白纺成纳米纤维膜。SEM观察显示该膜形成的纤维均匀一致; ATR-FTIR测试表明,经过75%乙醇交联的静电纺纳米纤维的二级结构主要为β折叠;接触角证明,纳米纤维膜是亲水的。为蛛丝蛋白应用于组织工程提供了一种良好的纤维材料,对蛛丝蛋白的进一步应用奠定了基础。
通过调节静电纺丝过程环境因素制备了CoAc_2/PAN前驱体纤维,再经过热处理得到Co/C复合纳米纤维,分析了预氧化温度对纤维形貌与结构的影响。研究结果表明:当预氧化温度为160℃时,纤维中的PAN未形成稳定的耐热梯形结构,在碳化时纤维扭曲,生成枝节状物质;当预氧化温度为230℃时,碳化后可得到表面光滑、均匀,结构完好的Co/C复合纳米纤维;当预氧化温度为300℃时,纤维中的聚合物大分子遭到破坏,导致后续的碳化结晶过程无法正常进行,纤维形成颗粒聚集态。
介绍了碳纤维鱼竿生产现状及竿胚的生产流程,统计了各个工序中边角料、废料等可回收数量;并介绍了采用的低成本弱氧化性混合气分解回收技术回收碳纤维的技术路线;对碳纤维复合材料回收再利用技术进行了展望。
大阪大学2019年1月9日宣布该大学的研究小组成功开发了一种可以导热的"如纸一般"的复合材料。一直以来,纸被人们认为是隔热材料,但研究小组发现通过将纤维素纳米纤维加工成为高密度片材,它可以表现出很高的导热性。利用该性能,复合材料未来可用于柔性电子器件的散热片、健康监测服装和床上用品、医疗仪器的热敏感元件等应用领域。
近日,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士及丁彬研究员带领的纳米纤维研究团队在吸湿快干功能纺织品领域取得重要进展。自然界中,导管植物中的蒸腾作用具有自驱动逆重力定向水分输运和超快蒸发两个特性。这是由于它们具有符合Murray定律的树状分形分叉网络结构,通过最小化多级孔道中的运输阻力来优化水分在多级连通孔道中的输运能力。此外,生物组织中也大量存在着典型的树状分叉结构,
以丝胶蛋白、聚环氧为原料,将20%SS水溶液与6%PEO水溶液配制SS/PEO纺丝液,采用静电纺丝技术,以无纺布为基底接收静电纺纳米纤维制备丝胶复合纳米口罩用料。探讨丝胶复合纳米口罩的抗菌性。结果表明:通过抑菌圈法观测丝胶纳米复合口罩样品周围有明显的抑菌圈;通过振荡法定量分析,丝胶纳米复合口罩对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的抑菌率分别达到45.17%和48.5%;说明丝胶纳米复合口罩具有较好的的抗菌性能。
目的观察聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维支架的生物相容性及力学特点,并初步研究其对修复绵羊硬脊膜缺损的效果。方法制作取向与不规则PLGA纳米纤维支架,对其进行扫描电子显微镜观察、力学性能测定及细胞增殖实验。制作上、下层为取向纤维而中间层为不规则纤维的3层纳米纤维支架用以修复绵羊硬脊膜缺损,术后1个月取修复区标本进行HE染色及扫描电子显微镜观察。结果轴向(平行纤维走向)取向纳米纤维支架的弹性模量、断裂强度明显大于不规则纳米纤维支架,不规则纳米纤维支架又大于横向(垂直纤维走向)取向纳米纤维支架;轴向取向纳米纤维支架的断裂伸长率明显低于不规则纳米纤维支架,而不规则纳米纤维支架又低于横向取向纳米纤维支架,差异有统计学意义(P <0.05)。细胞增殖实验结果显示,取向纳米纤维支架表面细胞沿纤维走向伸展,具有明显取向性;不规则纳米纤维支架表面细胞较圆顿,无取向性。绵羊硬脊膜修复区域标本中支架与周围硬脊膜紧密融合,与脊髓表面轻微粘连但仍可完整剥离,支架已部分降解,支架表面由成纤维细胞覆盖,细胞沿支架纤维走向伸展,具有明显的取向性,且修复区脑脊液侧较背脑脊液侧更为平整。结论 PLGA纳米纤维支架具有良好的生物相容性及力学性能,其修复绵羊硬脊膜缺损的效果良好,是制作人工硬脊膜的理想材料。
肽自组装体由于具有结构稳定、易调控、生物相容性好、可生物降解等优点,在构筑新型材料及生物医药领域表现出了巨大潜力。本文介绍了肽自组装的概念、机理和应用,详细归纳了刺激响应型肽自组装的研究进展;按照刺激源的不同将刺激响应型肽自组装分为pH响应型肽自组装、温度响应型肽自组装、溶剂响应型肽自组装、光响应型肽自组装、超声波响应型肽自组装以及离子响应型肽自组装;列举了肽自组装在药物控释、脊髓损伤修复、仿酶催化、生物模板等领域的应用。最后,基于目前肽自组装存在的一些问题(如影响肽自组装结构的外界因素不易精准把控、自组装的研究与生命科学领域的交叉程度低等)对肽自组装的发展做了展望。
根据近几年国内外的学术研究,综述了聚己内酯(PCL)与几种常用天然可降解高分子材料(如淀粉(ST)、壳聚糖(CTS)、纤维素(CE)、丝素蛋白(SF)、明胶(GT)等)复合的制备工艺,对复合材料的性能、应用现状进行了简要阐述,并对复合材料的发展前景进行了展望。
目的:比较人牙髓细胞(human dental pulp cells,h DPCs)在胶原静电纺纳米纤维膜(collagen nanofibrous matrix,Col_NFM)与直接沉积胶原膜(collagen flat film,Col_FF)上的黏附、增殖和分化情况,探究胶原纳米纤维支架对h DPCs生物学行为的影响。方法:采用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)观察两种胶原膜的表面形貌,并比较其表面接触角和溶胀性能。将h DPCs分别接种于两种胶原膜表面共培养,SEM和激光共聚焦显微镜(laser scanning microscope,LSM)观察h DPCs在支架表面的生长形态,并用CCK-8法测定h DPCs的增殖情况。在诱导14 d后,比较成牙本质分化相关基因的表达变化,茜素红染色观察矿化结节的形成情况。结果:SEM图可见Col_NFM组纤维直径为(884±159) nm,纤维之间存在大量三维连通的孔隙结构,而Col_FF组表面平坦,未见孔隙结构。Col_NFM组瞬间表面接触角为85. 03°±4. 45°,溶胀度为3,Col_FF组瞬间表面接触角为98. 98°±5. 81°,溶胀度为1,Col_NFM组的亲水性和溶胀性能更佳。SEM和LSM结果显示,Col_NFM组h DPCs表现为不规则多角形,呈三维生长,Col_FF组细胞在二维平面上呈纺锤形生长。CCK-8结果显示,h DPCs在Col_NFM支架上增殖活性更高。在诱导14 d后,Col_NFM组成牙本质分化相关基因表达水平较Col_FF组显著升高(P
近年来,静电纺丝技术在食品科学领域中的研究已成为研究热点。采用静电纺丝技术制备得到的纳米纤维可以保护食品中的生物活性成分,提高其生物利用率,增强食品成分抗菌及抗氧化能力。为此,本文综述了静电纺丝技术在食品包埋、食品包装、固定化酶以及仿生肉等食品科学领域中的应用现状,并对静电纺丝技术的不足之处提出了改进措施。本文还展望了静电纺丝技术在食品科学领域中的应用前景,为该技术在食品科学领域中的深入研究及应用提供了参考依据。
以三聚氰胺、间苯三酚和甲醛为原料,通过水热缩聚反应合成了三聚氰胺酚醛纤维(PMF),考察了温度对PMF合成的影响。以扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸脱附和傅里叶变换红外(FT-IR)光谱等表征了PMF的形貌和结构,并采用体积法测定不同温度下CO_2和N_2在PMF上的单组分吸附平衡等温线。结果表明,在393 K下合成的PMF具有较大的比表面积(64 m2/g)和较高的CO_2吸附量(1.83 mmol/g,298 K、118 k Pa)。穿透柱实验表明,在298 K、200-600 k Pa,CO_2-N_2混合气在PMF上均可实现有效分离。将PMF在873 K下,N_2、H2及水蒸气等多种气氛中进行后处理,其比表面积和微孔孔容均显著增加,其中,在15%H_2O气氛中处理后,样品CO_2吸附量提高至2.83 mmol/g(298 K、118 k Pa)。
本文通过纳米纺丝法制备了一类新型聚乙烯醇(PVA)与聚丙烯酸钠(PAAS)的复合纳米纤维膜吸湿材料(NFMs),并对该类材料进行性能测试和吸附模型验证,与通过溶液蒸发法制备的普通膜(SCMs)进行性能对比。结果表明:在25℃、相对湿度为80%下,PAAS质量分数为20%的PVA-PAAS复合纳米纤维膜最大吸附量为0.3 kg/kg,相比纯PVA纳米纤维膜吸附剂提高78%。在复合纳米纤维膜中,约90%的水蒸气吸附在5 min内完成,仅需15 min就能达到最大平衡吸附量。PVA-PAAS纳米纤维膜具有较快的脱附速率,在15 min内达到最大脱附量平衡点,是PVA-PAAS普通膜达到平衡所需时间的1/200。当再生空气状态为45℃、4 MPa和50℃、6 MPa时,吸附的水蒸气量脱除比率均高于80%。由此可见,PVA-PAAS纳米纤维膜能够在低温条件下较好地实现再生,可以利用太阳能等低品位能源。10次循环后,纳米纤维膜的吸附与脱附量、吸附与脱附速率均未发生变化,具有较好的稳定性。
利用静电纺丝技术制备了H_4SW_(12)O_(40)(SiW_(12))/乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)复合纳米纤维膜. X射线能谱(EDX)和红外光谱(IR)表征结果表明,Si W12负载到EVOH纤维膜中,且其Keggin结构完好无损.Si W12/EVOH复合纳米纤维膜在氙灯光源照射下对甲基橙(MO)表现出优异的光催化活性.当EVOH与Si W12的质量比为2∶1时,MO降解率可达96. 3%.复合纳米纤维膜优异的光催化活性主要归于EVOH与Si W12的协同相互作用.复合纤维膜具有良好的可重复使用性,循环使用3次后,其光催化活性没有明显下降.因此,Si W12/EVOH复合纳米纤维膜在去除废水中有机染料方面具有广阔的应用前景.
目的通过优化制备碳化硅纳米纤维的工艺及激光工艺参数,获得一种制备碳化硅纳米纤维的新方法。方法利用500 W振镜式光纤激光器,在氩气的保护下,以一定的激光工艺参数辐照预置在镍基板上的纳米碳化硅颗粒,采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)分别对所得产物的形貌、元素组成、物相以及微观结构进行分析。结果激光工艺参数对所得产物的形貌以及结构有一定的影响,当激光能量密度在7.71～8.75 kJ/cm2之间时,制备出的碳化硅纳米纤维由多晶和非晶结构组成,其直径范围在5～10 nm之间;当激光能量密度为7.92～8.33 kJ/cm2时,样品中除Si C外,还有少量的C元素。结论激光辐照Ni基板上的碳化硅纳米颗粒,在优化的激光工艺参数下,可以制备出形貌良好的纳米纤维,为制备纳米材料提供了一种新途径。
防雾霾纱窗作为一种防止微细颗粒进入室内的新型民用产品,正在逐渐被社会重视与应用。以4种典型的防雾霾纱窗为例,研究了在不同风速下的阻力,以及对不同粒径微细颗粒物的过滤效率,并基于单纤维过滤机理研究了防雾霾纱窗对颗粒物捕集的理论模型,理论计算结果与实际结果基本相符。结果表明,与普通密网纱窗相比,带纤维夹层的纱窗和覆有纳米纤维膜纱窗对微细颗粒过滤效率有明显提升,综合考虑对微细颗粒物的过滤效率、阻力、透气性等因素,覆有纳米纤维膜的纱窗的防雾霾性能更为优越。
为提高防水透湿膜的防护性能和舒适性,制备了TPU/PAN双组分静电纺防水透湿膜,探究了纺丝液溶质质量分数、电压、接收距离对PAN和TPU静电纺纳米纤维形貌的影响。研究确定,TPU最佳纺丝条件为:TPU质量分数19%,纺丝电压33kV,接收距离35cm,流速1.0mL/h;PAN最佳纺丝条件为:PAN质量分数11%,纺丝电压23 kV,接收距离23 cm,流速0.1 mL/h;TPU/PAN双组分静电纺防水透湿膜在TPU和PAN纺丝时间比为7∶3时防水透湿性能最佳,透湿量为13200 g/(m~2·24 h),耐静水压值为3 450 mmH_2O。
五氧化二铌Nb_2O_5由于其良好的倍率性能和安全性,作为锂离子电池负极材料被广泛研究.但是其固有的低电子电导率在很大程度上限制了其电化学性能的发挥.在本论文中,我们通过静电纺丝和后续空气热处理构建了具有连续介孔结构的T-Nb_2O_5纳米纤维.介孔结构彼此互连,确保高表面积的同时也促进了电解液的渗透.当用作锂离子电池负极时在电压窗口为0.01–3.0 V,电流密度为1 A g~(-1)的条件下,循环1000圈后可逆比容量达到238 mA h g~(-1).即使提高电压窗口到1.0–3.0 V,在循环200圈后仍然有166 mA h g~(-1)的可逆比容量.此外,电极材料还表现出优异的倍率性能.多孔纳米纤维结构和T-Nb_2O_5独特晶体结构的协同效应,增大了电极和电解质的接触面积,改善了电子传导性,从而使电化学性能得到提高.