毕业论文（设计）聚苯乙烯纳米纤维膜的PDMS功能化及润湿行为研究The Wetting Behavior Research of PDMS Functional Polystyrene Nanofiber Membrane 学生姓名：指导教师：合作指导教师：专业名称：应用物理学所在学院：理学院2014年6月目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................... I I 第一章前言 (1)1.1.静电纺纳米纤维膜技术原理 (1)1.1.1. 静电纺复合纳米纤维膜实验装置 (1)1.1.2. 静电纺丝装置技术现状与应用 (1)1.1.3. 静电纺纳米纤维膜技术原理与发展方向 (2)1.2.超疏水表面制备方法 (2)1.3.本论文的主要研究工作 (3)1.4.本论文的构成 (4)第二章本课题相关研究技术简介 (5)2.1.PDMS和PS的性质功能介绍 (5)2.1.1 PDMS和PS的基本性质介绍 (5)2.1.2 PDMS和PS的应用 (5)2.2.复合纤维膜的疏水性与水的渗透通量的影响因素 (6)2.3.静电纺丝技术的优势与局限性 (7)第三章实验部分 (8)3.1.实验试剂 (8)3.2.实验仪器 (8)3.3.实验步骤 (8)3.3.1. PS溶液配制 (8)3.3.2. 掺杂PDMS的PS溶液配制 (8)3.3.3. PS及其复合物纳米纤维无纺布的制备 (9)3.3.4. 薄膜表面疏水性能的评价 (9)3.3.5. 纤维形貌的表征 (9)第四章结果与讨论 (10)4.1.纤维形貌的表征 (10)4.1.1 PDMS浓度对静电纺丝情况的影响 (10)4.1.2 掺杂PDMS的PS纳米纤维无纺布的形貌 (10)4.2.纤维表面润湿性能的表征 (12)第五章实验结论 (15)致谢 (17)参考文献 (18)附录 (19)大连海洋大学本科毕业论文（设计）摘要摘要近年来，随着仿生疏水表面的火热发展，科学家们对超疏水材料的研究也越来越热衷，近年来科学家们对此开展很长时间多方面的研究，这其中纳米纤维复合膜无纺布因为他的表面积大，多孔性，超疏水性等因素，在防腐去污等领域有着极其重要的发展潜力。
本文章在利用静电纺丝的技术，制备了多孔不同浓度的PS与PDMS的纳米纤维无纺布，考察不同浓度的PDMS所形成的纳米纤维膜形貌特征，以及其润湿性的影响因素，并利用实验室接触角测定仪、光学显微镜等仪器，对PS与PDMS复合纳米纤维膜的物理性质来推测其疏水性与纤维表面接触角的影响，实验表明，PS与PDMS复合纳米纤维膜的纤维形貌与润湿行为都与PDMS的浓度有一定的关系。
关键字：PS与PDMS复合纤维膜、疏水性、静电纺丝、纳米纤维、复合纤维润湿行为IAbstractIn recent years, with the development of bionic fiery hydrophobic surface, scientists study of super-hydrophobic materials are increasingly keen, widely superhydrophobic materials applications, such as ship corrosion, rust metal, long-distance transmission and oil fields in the clothing waterproof stain clothing. In recent years, scientists have conducted extensive research on this for a long time, which nanofiber nonwoven composite film because of his large surface area, porosity, superhydrophobic and other factors, in areas such as antiseptic decontamination has an extremely important development potential, the paper around their wetting behavior of composite fiber morphology was studied.The absorbent article of nanofiber membrane using electrostatic spinning techniques, a porous PDMS with different concentrations of PS nano-fiber nonwoven fabric, the effects of different concentrations of PDMS is formed, and the effect of water separation characteristics, and use of contact angle measurement laboratory, optical microscopes and other equipment, the physical properties of PS and PDMS composite nanofiber membrane to speculate affect its hydrophilic and oil-water separation characteristics, experiments show that the hydrophilic PS and PDMS composite nanofiber membranes and oil-water separation characteristics are related to the concentration of PDMS has a great relationship. .Keywords:PS and PDMS composite fiber membranes、electrospinningnanofibers、Composite fiber wetting behaviorII第一章前言1.1.静电纺纳米纤维膜技术原理1.1.1.静电纺复合纳米纤维膜实验装置静电纺丝基本装置包括:一个高压电源,试剂储存装置,多个喷射装置(例如细针头、纤维管)和一般由金属平板、铝箔构成的收集装置。
下图为本实验室所用的静电纺丝装置的原理图高压静电电压(一般在几千到几十千伏)能够瞬时在喷射装置与接收装置间产生一个电压差,使发射装置内聚合物溶液或者试剂(一般为非牛顿流体)能够克服其自身表面的张力和自身的弹性力,使其在喷丝头末断呈现一个半球状液滴，并在适当的电场强度时喷射出直径在几微米和几十纳米之间的纤维。
这个纤维可以在收集装置上被收集。
图1：垂直式静电纺丝装置原理图图 2：水平式静电纺丝装置原理图1.1.2.静电纺丝装置技术现状与应用近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术技术活动之一就是通过静电纺丝的技术来制备纳米纤维材料。
静电纺丝技术凭借着制造装置简单、纺丝的成本比较低廉、纺织物质的种类繁多、污染小等优势，而成为了制备纳米纤维材料有效方法。
而被广大科学研究者所推崇的主要纺丝手段。
通过静电纺丝技术可以制备种类繁多的纳米纤维膜，其中包括了有机的、有机/无机复合的和无机的纳米纤维。
目前，无机纳米纤维的静电纺丝的研究还紧紧居于初始阶段，无机的纳米纤维膜在经过高温过滤、生物组织工程、高效催化、甚至在航天器材等多个领域都具有潜在的用途。
现在静电纺无机纳米纤维的一个较大的易脆问题限制了它的应用性能和使用范围，从而，开发出具有良好的柔韧性和连续性的优质无机纤维是目前一个非常重要的技术研究领域。
目前随着纳米技术的发展，静电纺丝的应用也越来越广阔，静电纺丝以其简单方便、效率高的生产纳米纤维的优势，其将在生物医学材料和过滤材料、催化、能源、光电、食品工程、化妆品等领域可以发挥其得天独厚优势。
1.1.3.静电纺纳米纤维膜技术原理与发展方向在静电纺丝过程中, 喷射装置中装有纺丝溶液。
在电压作用下,使保持在喷嘴处的高分子液滴受表面张力作用, 在电场的诱导下高分子液滴表面聚集电荷, 这时它受到表面张力方向是与电场力反向的。
当电压缓慢增大时, 喷嘴处的液滴被电场由球状被拉长为长锥状, 我们称它为泰勒锥( Taylorcone) 。
而当电场强度继续增加直至增加到一个临界值时, 液体的表面张力就能被电场力克服, 这样就使液体可以从泰勒锥中喷出。
在高速震荡的过程中, 喷射流发生震荡并且不够稳定，在高电场的作用下,喷射出的液体流被拉细, 大量喷射出的溶剂挥发掉, 从而形成直径在纳米级的纤维, 并随机的喷射在收集装置上，就形成了我们需要的无纺布。
其实将高分子流体静电雾化而形成的特殊形式的原理就是静电纺丝的技术原理，而且此时经过雾化分裂的高分子流体流出的物质不再是微小的液滴，而是聚合物以微小射流的方式喷射，能够运行很长的距离，并且最终固化成为纤维。
静电纺丝技术在很多领域发挥着重要的作用其中构筑一维纳米结构材料的领域发挥着更加突出的作用，不同结构的纳米纤维材料也可以应用静电纺丝技术制备出。
现在我们通过不同的制备方法，例如改变发射装置的结构、控制外界条件等，可以获得蜘蛛网状结构的二维纤维膜，如实心、空心、核-壳等结构的；也可以设计利用不同的收集装置收集单根纤维、纤维束、高度取向纤维或无规取向纤维膜等不同结构纤维膜。
但是现在静电纺丝技术依然还面临很多挑战尤其是在纤维结构调控方面：如，想要静电纺纤维的产业化应用实现，为找到该问题一条有效的途径就必须要找到获得类似于短纤或者连续的纳米纤维束，但是目前我们距离目标还有一些差距，今后我们可以通过以下方法来改进实验如改良喷头、改良收集装置以及增添辅助电压等可以使纤维尽可能伸直并取向排列，来获得各个方面都比较优异的取向纤维排列。
静电纺纳米纤维作为一个全新的研究领域，对于纳米阵列网的研究现在还是初步阶段，要纺出纳米蛛网我们还需要对它形成过程的理论上的分析和利用建立模型来进行实验分析。
并且，要想提高超精细过滤领域的静电纺纤维膜的应用性能降低纤维的直径是关键，所以研究们要面多将纤维的平均直径降低到20nm的一个更加严峻的挑战。
并且通过制备具有多孔或中空结构的纳米纤维来提高纤维的比表面积是提高纤维在传感器、催化等领域应用性能的一种有效方法，但是这项课题仍需要研究者们更进一步的研究。