具有叠带结构以及形状记忆效应的微纳米纤维的力学性能研究
结题报告
批准号:
11402066
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
姚永涛
依托单位:
学科分类:
A0808.多场耦合与智能结构力学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
李建军、张风华、魏洪秋、张启伟
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中文摘要
本申请项目基于形状记忆材料的形状记忆特性以及叠带结构的大行程特性,提出了利用静电纺丝技术制备一种新型的具有微结构可控以及形状记忆效应的微纳米纤维,可作为驱动器潜在应用于生物医药、电子光学、微纳米器件等领域。建立在电场与重力场等复杂条件作用下的电纺纤维运动模型,研究微纳米纤维叠带结构的形成机理,实现电纺纤维的微观结构可控。基于应力松弛方程,建立叠带结构的形状记忆聚合物微纳米纤维的力学模型,得到其在不同载荷作用下的力学行为规律。建立优化模型,实现叠带结构的几何尺寸、驱动响应速率、形状记忆恢复率以及能量转化效率等参数的最佳优化。研究成果可为设计与制备新一代微纳米驱动器提供理论支持。
英文摘要
According to shape-memory characteristics and large displacement of stacked structure, this project proposed to fabricate a novel shape memory micro/nanofiber with tunable structure based on electrospinning technology, which could potentially be used as actuators in the field of bio-medicine, electro-optics and micro/nano-devices. The kinematic model of electrospun micro/nanofiber will be built up under the influence of both electric and gravitational fields. The formation mechanism of stacked structure will be investigated to control the microstructure of electrospun micro/nanofiber. The mechanical model of shape memory micro/nanofiber with stacked structure is to be presented based on stress relaxation equations. Furthermore, the mechanical behavior under different types of loads will be analyzed. In this project, in order to optimize different performance parameters (such as geometry parameters of stacked structure, driven response rate, shape memory recovery rate and the energy conversion efficiency, etc.), an optimization model of micro/nanofiber will be proposed. The research results can provide theoretical support for the design and preparation of new generation of micro/nanoactuator.
在国家自然科学青年项目资金支持下,基于静电纺丝技术,成功的制备了具有形状记忆的叠带纤维结构。开展了电纺溶液的物理参数以及实验工艺参数对电纺纤维微观结构的影响规律的研究。并对具有叠带结构的形状记忆聚合物微纳米纤维的力学性能测试与表征。研究叠带结构的形状记忆聚合物微纳米纤维的力学特性以及优化模型。.取得重要研究进展如下:.(1)有效融合溶胶-凝胶方法以及静电纺丝技术开展了一维超有序的叠带纤维、形状记忆复合纤维的研究工作。制备有机高分子与无机二氧化硅复合纤维,并研究其制备工艺。利用静电纺丝制备技术,成功的制备了PCL、PEO复合纤维膜,并给出影响电纺纤维质量的主要因素。.(2)针对电纺技术制备的形状记忆纤维与纤维薄膜进行力学性能、组份配比等进行表征。研究发现,通过有机聚合物与无机材料复合,不但可以提高其耐热性,还可以提高其柔韧性。在电纺过程中材料结构会发生重排,亲水的Nafion可以有效的分散在水溶性的正硅酸乙酯,但经过静电纺丝后得到的复合纤维膜呈现出很好的疏水性。由于复合纤维膜中PEO材料可以与水任意比例互溶特性。基于此特性,利用力学拉伸试验评价水对其力学性能的影响。结果表明,PCL与复合薄膜在干燥情况下与吸水后的力学性能基本相同,但极大提高其形状记忆性能。.(3)研究利用静电纺丝技术制备的微纳米纤维的形成机理,及其力学特性与优化模型研究。建立有关参数与叠带结构周期的之间的规律,优化工艺与结构参数。接收装置的导电性能是能否形成叠带结构的首要因素。建立了叠带结构的结构密度与纤维宽度之间的规律,研究表明叠带的周期密度与带状纤维的宽度有关,带宽越大,周期密度越大。根据能量守恒理论,建立叠带密度与纤维结构参数直接的关系式。根据实验数据,对能量守恒模型模进行验证。数据表明叠带的周期密度与纤维的宽厚比无直接关系,相同的宽厚比的叠带状纤维具有不同的叠带周期密度。主要与接收装置的导电效率与叠带纤维的碰撞入射角度有关。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Electrospun silica-based inorganic/organic hybrid membranes with tunable performance in appropriate solvent systems
在适当的溶剂系统中具有可调性能的电纺二氧化硅基无机/有机杂化膜
DOI:10.1039/c5ra17783a
发表时间:2015
期刊:Rsc Advances
影响因子:3.9
作者:Yao Yongtao;Lu Haibao;Li Jianjun;Peng Qingyu;Wang Qun;Li Yibin;He Xiaodong;Leng Jinsong
通讯作者:Leng Jinsong
'Two way' shape memory composites based on electroactive polymer and thermoplastic membrane
基于电活性聚合物和热塑性薄膜的“双向”形状记忆复合材料
DOI:10.1016/j.compositesa.2016.08.019
发表时间:2016-11-01
期刊:COMPOSITES PART A-APPLIED SCIENCE AND MANUFACTURING
影响因子:8.7
作者:Yao, Yongtao;Zhou, Tianyang;Leng, Jinsong
通讯作者:Leng, Jinsong
DOI:10.1108/prt-04-2017-0039
发表时间:2018-01
期刊:Pigment & Resin Technology
影响因子:1.4
作者:Yongtao Yao;Yuncheng Xu;Bing Wang;W. Yin;Haibao Lu
通讯作者:Yongtao Yao;Yuncheng Xu;Bing Wang;W. Yin;Haibao Lu
Investigation into hybrid configuration in electrospun nafion/silica nanofiber
电纺 nafion/二氧化硅纳米纤维混合结构的研究
DOI:10.1016/j.compositesb.2014.10.038
发表时间:2015-02
期刊:Composites Part B-Engineering
影响因子:13.1
作者:Li, Jianjun;Lu, Haibao;Gou, Jihua;Hui, David
通讯作者:Hui, David
DOI:10.1016/j.compositesb.2015.08.060
发表时间:2015-12
期刊:Composites Part B-engineering
影响因子:13.1
作者:Yongtao Yao;Hongqiu Wei;Jingjie Wang;Haibao Lu;J. Leng;D. Hui
通讯作者:Yongtao Yao;Hongqiu Wei;Jingjie Wang;Haibao Lu;J. Leng;D. Hui
形状记忆聚合物膜腔耦合超材料的智能声学控制及性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    姚永涛
  • 依托单位:
形状记忆的多孔负泊松比结构的力学性能研究
  • 批准号:
    11772108
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    56.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    姚永涛
  • 依托单位:
国内基金
海外基金