電紡納米纖維運動學建模與仿真.pdf

1、靜電紡絲技術簡單、制造成本低、電紡絲納米纖維性能優(yōu)越，在柔性電子、生物醫(yī)學和MEMS等領域受到了廣泛的關注。由于電紡絲過程的不穩(wěn)定和影響因素的不確定性，如何實現靜電紡絲納米纖維的可控沉積一直是靜電紡絲技術應用研究的難題和關鍵。 本文針對電紡絲過程納米纖維空間運動和沉積規(guī)律展開研究。討論了收集板上已沉積納米纖維對后續(xù)運動纖維的力學關系，通過數學建模仿真了納米纖維的空間運動和沉積過程。 首先，建立剛性納米纖維運動學模型進行納

2、米纖維運動仿真。剛性納米纖維與收集板接觸之前，纖維運動包含了平動和轉動兩個部分；當剛性纖維接觸到收集板后，纖維運動只存在轉動的運動形式，這兩種運動形式共同構成了靜電紡絲過程射流/纖維的螺旋和鞭動過程。 進行納米纖維運動學分析，討論了各工藝參數的影響權重。結果表明施加電壓和電極間距是納米纖維運動的主要影響因素。隨著電極間距的減小，剛性納米纖維運動距離將隨之迅速減小，通過減小電極間距有利于實現纖維的可控沉積，與近場靜電紡絲原理相符。

3、 基于Maxwell粘彈性力學理論建立了柔性納米纖維運動學仿真模型，分析了柔性納米纖維的空間運動狀態(tài)和沉積規(guī)律。討論了纖維運動中螺旋與鞭動狀態(tài)與電極間距的關系，當電極間距小于3mm時，纖維運動過程中螺旋與鞭動將明顯減少，有利于獲得有序納米纖維；收集板導電率越小，已沉積纖維電荷導走速度越小，已沉積纖維的電荷排斥力對后續(xù)納米纖維沉積過程的影響增強，較難以獲得有序納米纖維；聚合物溶液濃度增大，納米纖維分布將變得更加密集有序。開展近場靜