摘要：纳米纤维随着纳米技术的发展越来越引起关注，因其良好的性能，它可广泛应用于生物医药，民用，军工等方面。本文利用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对单针头静电纺丝装置的电场和电势分布进行了模拟分析，得出了单针头静电纺丝装置电势和电场强度分布图。在一定范围内，电场强度越大，制备出的纤维质量越佳。根据COMSOL Multiphysics有限元模拟软件的模拟结果，得到：电场强度最大值与电压成正比，随着电压的增大，电场强度最大值也在增加；而当接收距离为13cm和17cm时，电场强度最大值较大。将模拟结果与实验经验相结合，选取电压值分别为16kV、18kV及20kV；接收距离选取13cm和17cm进行纤维膜的制备。利用扫描电镜对纤维膜的微观结构进行观测，得到当电压为18kV，接收距离为17cm时，制备出的纤维分布均匀，平均丝径较小，纺丝较为理想。

关键词：静电纺丝；纳米纤维；电磁场模拟；COMSOL Multiphysics

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 静电纺丝的研究现状-2

1.2.1 静电纺丝工艺的研究现状及发展趋势-2

1.2.2 静电纺丝设备的研究现状及发展趋势-3

1.2.3 静电纺丝技术实验研究现状-4

1.2.4 静电纺丝电场模拟的研究现状及发展趋势-5

1.3 本课题研究的目的、内容和意义-6

第二章 静电纺丝数值模拟-8

2.1 COMSOL Multiphysics软件介绍-8

2.2 静电纺丝参数的设定-9

2.3 静电纺丝参数设定-10

2.3.1 几何参数的设定-10

2.3.2 材料设定-11

2.3.3 介电常数设定-11

2.3.4 载荷设定-11

2.3.5 网格划分-12

2.3.6 求解器选择-12

2.4 实验模拟结果-13

2.4.1 电场有限元计算原理-13

2.4.2 静电纺丝电势分布-15

2.4.2 静电纺丝电场强度分布-16

2.5 实验条件对电磁场的影响-17

2.5.1 电压对电磁场的影响-17

2.5.2 喷丝管到负极板的间距对电磁场的影响-18

2.6 小结-19

第三章 静电纺丝实验研究-20

3.1 实验部分-20

3.1.1 主要仪器设备-20

3.1.2 物理表征手段-20

3.1.3 实验主要原料与试剂-22

3.1.4 实验方法-23

3.1.5 纤维直径测试方法-24

3.2 实验结果与分析-24

3.3 本章小结-28

第四章 总结与展望-30

4.1 总结-30

4.2 展望-30

参考文献-31

致    谢-33