[01214492]气泡纺纺丝原理与纳米纤维仿生制备方法

本项目属于纺织科学与技术领域,与纳米技术密切相关,涉及纺织数学、纺织力学、工程仿生学、纺织机械、纺织材料等多学科交叉。 纳米纤维技术含量高,市场应用潜力巨大,现阶段应用的瓶颈在于传统的静电纺丝方法难以实现量产,严重制约我国的工业发展与科技进步。因此,开发具有自主知识产权的可批量生产纳米纤维的新方法,具有非常重大的理论价值与现实意义。本项目受到蜘蛛纺丝启发,突破了传统的纺织理念,提出气泡静电纺丝新理论,开创了纺织史上的革命,经过多年攻关,在国家自然科学基金、陕西省教育厅等科研项目的支持下,取得如下几个方面的重要科学发现： 1) 基于蜘蛛纺丝的力学原理仿生,突破传统纺丝理念,根据气泡动力学,设计出一种具有完全自主知识产权的全新气泡静电纺丝技术,科学有效地解决了现阶段批量生产纳米纤维核心纺丝技术关键的“卡脖子”问题。 2)建立了气泡静电纺丝新理论。基于表面张力与能量理论及经典气泡动力学,建立了电场-流体力学耦合的气泡纺丝新理论,并提出气泡纺丝电场作用的质量守恒表达式以及能量守恒、有效流体力学平衡公式。 3)实现了气泡静电纺丝技术的可纺性与可控性。通过研究气泡大小、产生频率、溶液性质、环境参数等参数对纳米纤维形貌、结构的影响规律,探讨了气泡静电纺丝机理,分析并建立了射流运动模型,在此基础上,优化气泡形成、生长、破裂变形过程与初速度,建立了气泡静电纺丝控制机制,实现了纺丝过程以及纳米纤维形貌控制,为纳米纤维可控制备提供理论指导。 依托本项目,申请授权发明、实用新型专利 10 余项;发表 SCI 收录论文 40 余篇,5篇代表作中最高单篇他引次数 124 次,出版英文专著2本;同时培养了一批工程领域复合型人才。 气泡静电纺得到国外学者的关注：获获东华大学俞建勇、天工大刘雍、中原工学院何建新等国内学者的普遍好评。南非学者 Gule 与香港浸会大学的 Shuang-Feng Yin 则认为“气泡静电纺可用于纳米纤维的批量生产”。2015 年 Journal of nanomaterials 刊登的由中国科学家、加拿大科学家和伊朗科学家联合发表的权威评论文章《纳米纤维的制备与应用》中,称“该技术是目前最先进的纳米技术”。2019 年最近出版的 Recent patents on nanotechnology 中,加拿大学者 Lynn Yuqin Wan 评述了气泡纺相关专利,并认为“气泡静电纺是所有无针静电纺中最具有优势的一种纺丝方法”。