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静电纺制备磁性壳聚糖复合纳米材料及性能研究

作　者: 刘鸣
导　师: 侯大寅
学　校: 安徽工程大学
专　业: 纺织工程
关键词: 磁性材料静电纺丝纳米纤维壳聚糖纳米Fe3O4
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

磁性材料一直在信息材料、化学工业、生物医学等领域有着非常厂泛的应用。而纳米磁性材料因其所具备的不同于常规磁性材料的特殊的磁性质而受到越来越多的关注,特别是进入新世纪以来,随着纳米材料科学技术的发展,纳米磁性材料的应用已经延伸到很多领域。因此,对纳米磁性材料展开研究,具有很强的现实意义。本文以浓乙酸为溶剂,利用静电纺丝技术制备壳聚糖纳米纤维,通过对聚乙烯醇的添加比例、混合溶液的浓度、纺丝电压、接收距离和喷丝流量的调节制备出了成形良好的壳聚糖／聚乙烯醇复合纳米纤维膜,并对复合纳米纤维膜的力学性能和亲水性能进行了表征和分析。通过对二价铁与三价铁的物质的量比、沉淀时pH值、反应温度和反应时间等影响因素的控制,采用化学共沉淀法制备出了纳米级别的Fe304,并将其均匀分散于含有表面活性剂的有机溶剂中得到稳定的磁流体。利用纳米纤维大的表面能,通过表面吸附纳米Fe304微粒的方法制得了磁性壳聚糖复合纳米材料。采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、磁性测试等一系列方法对磁性壳聚糖复合纳米材料进行了表征,并得出以下结论。(1)在以浓乙酸为溶剂的条件下,虽然纯壳聚糖溶液的黏度、表面张力和电导率随着分子量和浓度的改变而发生一定的变化,但是通过静电纺丝都只能得到超细颗粒,而无法得到超细纤维。而加入聚乙烯醇后,其成形性得到了有效的提升,当聚乙烯醇的添加比例为40%,混合溶液的浓度为4%,纺丝电压为25kV,接收距离为120mm,喷丝流量为0.2ml/h时,所制备的壳聚糖／聚乙烯醇复合纳米纤维膜具有良好的形貌,并具有一定的力学性能,且呈疏水性。(2)在氮气保护的氛围下,当Fe2+/Fe3+为1：2,沉淀反应时pH值为11,反应温度为70℃,反应时间为1小时,搅拌速度为1000r/min时,采用化学共沉淀法所制得的纳米Fe304颗粒纯度较高,分布相对较均匀,直径大小在10nm左右。而将其分散到以乙酸钠为表面活性剂,苯乙烯为基液的溶液中,可以得到稳定的磁流体。(3)在采用表面吸附法制备的磁性壳聚糖复合纳米材料上,大部分纳米Fe304粒子以聚集态的形式存在其表面,只有小部分的纳米Fe304粒子以较好的分散态分布于纳米纤维之中,并且两者之间无化学建的结合。复合纳米材料在保留原壳聚糖复合纳米纤维膜性能的基础上呈现出超顺磁性的特征,其饱和磁化强度高达15.4 emu/g。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-12
第一章绪论  12-23
  1.1 静电纺丝技术  12-15
    1.1.1 静电纺丝原理  12-13
    1.1.2 静电纺丝的影响因素  13
    1.1.3 静电纺丝的发展历史  13-14
    1.1.4 静电纺丝的应用现状  14-15
  1.2 纳米磁性材料  15-19
    1.2.1 纳米材料概述  15-16
    1.2.2 纳米磁性材料的分类和研究现状  16-18
    1.2.3 纳米磁性材料的应用  18-19
  1.3 磁性壳聚糖复合纳米材料的研究现状  19-20
  1.4 本课题研究的主要内容  20-22
  1.5 本课题研究目的与意义  22-23
第二章壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜的制备  23-37
  2.1 材料和设备  23-24
  2.2 壳聚糖纳米纤维膜的制备方法  24-25
  2.3 溶液特性和工艺参数对纳米纤维膜成形性的影响和分析  25-32
    2.3.1 不同分子量壳聚糖溶液的电纺  25-26
    2.3.2 不同浓度的壳聚糖溶液的电纺  26-27
    2.3.3 加入不同比例聚乙烯醇后壳聚糖溶液的电纺  27-28
    2.3.4 混合溶液浓度对纳米纤维膜成形性的影响  28-29
    2.3.5 电纺工艺参数对纳米纤维膜成形性的影响  29-32
      2.3.5.1 纺丝电压的影响  29-30
      2.3.5.2 接受距离的影响  30-31
      2.3.5.3 喷丝流量的影响  31-32
  2.4 壳聚糖/聚乙烯醇复合纳米纤维膜性能的测试和分析  32-36
    2.4.1 力学性能的测试和分析  32-34
    2.4.2 亲水性能的测试和分析  34-36
  2.5 本章小结  36-37
第三章 Fe_3O_4纳米粒子及其磁性体的制备  37-50
  3.1 纳米Fe_3O_4的制备方法和选择  38
  3.2 化学共沉淀法制备纳米Fe_3O_4  38-42
    3.2.1 实验基本原理  38
    3.2.2 实验基本方法  38
    3.2.3 实验影响因素分析  38-42
  3.3 纳米Fe_3O_4的表征  42-43
    3.3.1 纳米Fe_3O_4的SEM分析  42
    3.3.2 纳米Fe_3O_4的XRD分析  42-43
  3.4 稳定Fe_3O_4磁流体的制备  43-46
    3.4.1 表面活性剂的选择  43-44
    3.4.2 基液的选择  44-46
  3.5 磁流体稳定性的研究  46-48
    3.5.1 纳米Fe_3O_4的用量对磁流体黏度的影响  46-47
    3.5.2 苯乙烯的用量对磁流体黏度的影响  47
    3.5.3 油酸钠的用量对磁流体黏度的影响  47-48
  3.6 本章小结  48-50
第四章磁性壳聚糖复合纳米材料的制备和性能研究  50-56
  4.1 磁性壳聚糖复合纳米材料的制备  50
  4.2 磁性壳聚糖复合纳米材料的形貌表征  50-51
  4.3 磁性壳聚糖复合纳米材料的红外光谱分析  51-52
  4.4 磁性壳聚糖复合纳米材料的磁性表征  52-54
    4.4.1 磁滞回线的基本原理  52-54
    4.4.2 磁性壳聚糖复合纳米材料的磁滞回线  54
  4.5 本章小结  54-56
第五章结论与展望  56-58
  5.1 结论  56-57
  5.2 展望  57-58
参考文献  58-62
在校期间发表论文、获奖及科研情况  62-63
致谢  63

静电纺制备磁性壳聚糖复合纳米材料及性能研究

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