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功能化纳米纤维原子力显微镜（AFM）表征研究

作　者: 徐文正
导　师: 魏取福
学　校: 江南大学
专　业: 纺织工程
关键词: 纳米纤维磁控溅射原子力显微镜微观结构摩擦力生长模式抗紫外
分类号: TH742
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着纳米技术的不断发展,研究开发新型纳米材料成为材料研究领域中的热点,纺织材料也不例外。纤维及纤维制品已不再是简单的传统意义上的服装用材料,它正逐步地扩展到装饰用、产业用方面。纳米纤维本身具有大的比表面积,高孔隙率等优异的特点,有着广阔的应用前景;若能够合理利用各种功能化的手段,便制得可满足不同工业用途的功能化纤维材料。本论文中,首先采用自制静电纺丝装置制备聚酰胺6纳米纤维,在对工艺参数的选择过程中实验得出聚酰胺6溶液的可纺质量分数范围在8%～18%。在工艺参数为:溶液质量分数15%,纺丝电压14kV,收集距离10cm,喷丝口内径0.7mm,注射泵注射速率0.2ml/h的情况下能制备出纤维直径在300nm左右的纳米纤维集合体。同时采用原子力显微镜区别分析了带状结构和圆形结构的纳米纤维,测量出纳米纤维的直径,并对纳米纤维表面的微摩擦力进行分析。然后,采用低温磁控溅射技术在纳米纤维集合体的表面沉积氧化锌,赋予纳米纤维以抗紫外线的性能。再使用原子力显微镜对纳米纤维功能化膜的微观结构进行了分析,探索了氧化锌膜的微观结构与工艺参数的关系。分析了氧化锌在云母表面的生长模式和氧化锌在聚合物纳米纤维集合体表面的生长模式,得出氧化锌在云母表面的生长模式为层加岛状生长模式,而对于在聚合物纳米纤维表面的生长,实验可以发现在小范围的平整表面上其生长状况与在云母表面的生长相似,而对于大范围的纤维集合体的表面,由于其表面的孔隙结构和纤维缺陷,其生长模式可认为是岛状结构生长。并且对比了纳米纤维及经过磁控溅射功能化后的氧化锌膜的表面微摩擦力和粘附力的大小。最后,利用X射线能谱仪(EDX)成功验证了纳米纤维表面氧化锌物质的存在,使用紫外分光光度计研究其抗紫外性能,结论证明经过磁控溅射后的聚合物纳米纤维集合体的紫外透过率低于没有经过磁控溅射的纳米纤维集合体,达到很好的抗紫外效果。本论文研究证实了低温磁控溅射沉积技术对纳米纤维功能化的可行性,它能在保持纳米纤维本身优异性能的同时,赋予纳米纤维以新的功能,具有良好的产业用前景。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 纳米纤维定义及其制备方法  8-9
    1.1.1 纳米纤维定义  8
    1.1.2 纳米纤维制备方法  8-9
  1.2 纳米纤维功能化方法  9-11
    1.2.1 添加纳米颗粒复合纺丝法  10
    1.2.2 化学镀法  10
    1.2.3 低温等离子处理法  10-11
    1.2.4 低温磁控溅射功能化处理  11
    1.2.5 杂化纳米纤维制备  11
  1.3 纳米纤维的应用前景  11-12
    1.3.1 过滤材料  12
    1.3.2 生物材料  12
    1.3.3 其他应用  12
  1.4 主要表面分析仪器  12-13
    1.4.1 扫描电子显微镜  12
    1.4.2 原子力显微镜  12-13
  1.5 本课题研究的目的与意义  13-14
  1.6 本文要做的工作  14-15
第二章聚酰胺6 纳米纤维集合体的制备与表征  15-29
  2.1 实验材料与仪器  15
  2.2 自制静电纺丝装置  15-16
    2.2.1 喷丝装置的设计  15
    2.2.2 收集装置的选择  15-16
  2.3 实验步骤  16-17
    2.3.1 聚酰胺6 纳米纤维集合体的制备  16-17
    2.3.2 聚酰胺6 纳米纤维的表征  17
  2.4 实验结果与分析  17-28
    2.4.1 纺丝液质量分数对纤维直径的影响  17-20
    2.4.2 纺丝电压对纤维直径的影响  20-21
    2.4.3 收集距离对纤维直径的影响  21-23
    2.4.4 原子力显微镜图片分析  23-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章磁控溅射纳米纤维功能化样品制备  29-32
  3.1 磁控溅射原理  29
  3.2 磁控溅射实验设备  29-30
  3.3 实验  30-32
    3.3.1 基材准备  30
    3.3.2 实验步骤  30-31
    3.3.3 磁控溅射功能化工艺参数  31-32
第四章磁控溅射ZNO 功能化纳米纤维的微观结构与性能分析  32-48
  4.1 磁控溅射ZNO 工艺参数对PA6 纳米纤维表面形貌的影响  32-36
    4.1.1 溅射时间对PA6 纳米纤维表面沉积ZnO 形貌的影响  32-33
    4.1.2 溅射功率对PA6 纳米纤维表面沉积ZnO 形貌的影响  33-34
    4.1.3 溅射压强对PA6 纳米纤维表面沉积ZnO 形貌的影响  34-35
    4.1.4 溅射气体流量对PA6 纳米纤维表面沉积ZnO 形貌的影响  35-36
  4.2 溅射膜的生长模式分析  36-41
    4.2.1 生长模式理论  36
    4.2.2 膜的三种生长模式  36-37
    4.2.3 ZnO 在云母表面的生长模式分析  37-40
    4.2.4 ZnO 在PA6 纳米纤维表面的生长模式分析  40-41
  4.3 摩擦力分析  41-42
  4.4 力-距离曲线分析  42-44
  4.5 X 射线能谱仪分析（EDX）  44-46
  4.6 紫外透过性能分析  46-47
    4.6.1 实验  46
    4.6.2 实验结果与分析  46-47
  4.7 本章小结  47-48
第五章结论  48-49
致谢  49-50
参考文献  50-53
读研期间发表论文  53

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