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活性炭纤维布与电纺纤维的杂化及其颗粒物过滤性能

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新型炭材料（中英文） 2022年第4期37卷 716-723页

作者：阳云龙李明哲侯诗宇吕瑞涛康飞宇黄正宏清华大学材料学院先进材料教育部重点实验室北京100084 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

活性炭纤维具有较高的吸附容量而被用于挥发性有机物的治理,而静电纺丝纤维对颗粒物具有较好的拦截能力可望用于过滤材料。本文采用高压静电纺丝的方法,将聚乙烯醇和聚丙烯腈纳米纤维纺丝至酚醛树脂基活性炭纤维布上获得了2种杂化纤维... 详细信息

活性炭纤维具有较高的吸附容量而被用于挥发性有机物的治理,而静电纺丝纤维对颗粒物具有较好的拦截能力可望用于过滤材料。本文采用高压静电纺丝的方法,将聚乙烯醇和聚丙烯腈纳米纤维纺丝至酚醛树脂基活性炭纤维布上获得了2种杂化纤维材料。通过颗粒物过滤测试系统评价了杂化纤维材料的过滤性能,结果表明样品的过滤效率与电纺丝纤维量呈正相关。由于电纺丝纤维引入的压电效应,使得样品的过滤效率随着气流流速的增加而提高。杂化纤维材料还具有较好的挥发性有机物吸附性能。这表明活性炭纤维布与电纺纤维的杂化材料在空气污染治理方面将具有较好的应用前景。

关键词：电纺纤维活性炭布空气颗粒物过滤苯吸附

电纺纤维固定金属纳米粒子复合材料构建及催化性能研究

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电纺纤维固定金属纳米粒子复合材料构建及催化性能研究

作者：苏宇内蒙古工业大学

学位级别：硕士

金属催化剂是催化领域中重要的一部分,其中金属纳米粒子催化剂以其高的比表面积,暴露特殊的晶面,在催化中被广泛应用。但是直接将金属纳米粒子应用于催化领域存在以下问题:纳米颗粒具有高的表面能、容易团聚、难以从反应体系中分离等问... 详细信息

金属催化剂是催化领域中重要的一部分,其中金属纳米粒子催化剂以其高的比表面积,暴露特殊的晶面,在催化中被广泛应用。但是直接将金属纳米粒子应用于催化领域存在以下问题:纳米颗粒具有高的表面能、容易团聚、难以从反应体系中分离等问题、价格昂贵等问题限制了纳米粒子在催化中的应用。针对以上问题,为了提高金属纳米在热反应中的活性及稳定性,提出将金属纳米粒子固定锚定在碳纤维等材料上,以实现金属纳米粒子的高效利用。研究了金属有机骨架(MOF)碳纤维复合载体负载钯(Pd)纳米粒子,聚多巴胺修饰纤维负载和层状结构负载钯镍(Pd Ni)纳米粒子在Suzuki反应中的活性和层状结构保护铜(Cu)纳米粒子在CO环加成反应中的活性,主要内容如下:1.通过溶剂热法在合成MOF碳纤维复合载体时直接负载Pd纳米粒子,制备得到Pd/Ni-MOF@PAN(C)催化剂。Suzuki反应结果表明Pd/Ni-MOF@PAN(C)的产率高达99%且循环使用6次后产率没有明显的降低,这得益于MOF的笼状结构对金属纳米粒子的固定,MOF和碳纤维复合之后,催化剂的分离效率也有很大的提升。拓展Suzuki反应的底物,发现催化剂具有良好的普适性。2.制备聚丙烯腈高分子纤维(PAN),并以聚多巴胺在其表面改性,再通过电火花溅射法将Pd Ni金属纳米粒子直接负载于载体表面得到Pd Ni/p DA-PAN,将其在N氛围下碳化得到掺N的N-Pd Ni/CNFs,将两种催化剂应用与催化Suzuki反应。Suzuki反应结果表明Pd Ni/p DA-PAN和N-Pd Ni/CNFs的产率均高达99%,N-Pd Ni/CNFs循环使用6次后产率没有明显的降低,由于N的掺杂,使纳米粒子和载体结合的更加牢固。拓展Suzuki反应的底物,发现催化剂具有良好的普适性。3.在PAN高分子纤维中掺入β-环糊精(β-CD),并在得到的纤维膜上溅射Pd Ni金属纳米粒子,并将不同浓度的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液通过真空抽滤包裹在纳米粒子外层,在N氛围下碳化后得到夹层结构的x-C-Pd Ni-CNFs(x=1,3,6,9)催化剂。Suzuki反应结果表明x-C-Pd Ni-CNFs的产率高达99%,TOF值达到18662 h且循环使用9次后产率没有明显的降低,拓展Suzuki反应的底物,发现催化剂具有良好的普适性。这得益于层状结构对纳米粒子的包裹,使纳米粒子难以团聚掉落导致失活。同时发现当碘苯和氯苯同存时,实现了氯苯的高产率,并将该发现拓展了多种催化剂,包括商业Pd/C均有此效果,这为探究Suzuki反应机理提供新的方向。在此基础上提出了碘苯和氯苯同存时可能的Suzuki反应机理。4.将夹层结构拓展到对不同金属纳米粒子的保护,以相同的方法制备C-CuO@CNFs,将其应用于催化CO环加成反应。在以氧化苯乙烯为底物的反应体系中C-CuO@CNFs产率为50%,实现了Cu催化环加成反应,且经5次循环后产率没有明显下降,说明了层状结构对金属纳米粒子的有效保护,拓展CO环加成反应的底物,发现催化剂具有良好的普适性。在该体系下加入微量的甲酸,可以提高反应的产率,本文对此进行了探索,并提出了可能的催化机理。

关键词：电纺纤维金属纳米粒子复合催化剂催化性能催化机理

泊洛沙姆188复合聚L-乳酸电纺纤维对多西他赛的增溶及缓释作用

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中国医药工业杂志 2022年第2期53卷 214-224,271页

作者：王瑛颖董欣孙丽敏王浩温梦锦州医科大学药学院辽宁锦州121001 锦州医科大学附属第一医院辽宁锦州121001

本研究考察了在泊洛沙姆188复合聚L-乳酸电纺纤维体系中多西他赛的释放行为以及药物载量对其本身释放行为的影响。将多西他赛、泊洛沙姆188、聚L-乳酸共同溶解在二氯甲烷中形成均相溶液,其中泊洛沙姆188的复合量为聚L-乳酸质量的220%、2... 详细信息

本研究考察了在泊洛沙姆188复合聚L-乳酸电纺纤维体系中多西他赛的释放行为以及药物载量对其本身释放行为的影响。将多西他赛、泊洛沙姆188、聚L-乳酸共同溶解在二氯甲烷中形成均相溶液,其中泊洛沙姆188的复合量为聚L-乳酸质量的220%、240%、260%、280%、300%,多西他赛的载量设为聚L-乳酸质量的5%、10%、15%,静电纺丝制备了一系列载药电纺纤维。采用扫描电镜观察,可见所得载药纤维直径均为微米级,且均匀、无珠子状结构。用X射线衍射、差热分析、红外光谱等方法考察材料复合状态,结果显示多西他赛在纤维中复合良好,泊洛沙姆188在纤维表面有析出。通过测定纯水中多西他赛从电纺纤维中的释放量,绘制释放曲线,所得释放数据能用Lagergren方程的相似形式进行拟合。结果表明,载药体系在释放过程中能有效增溶多西他赛。随着泊洛沙姆188复合量的增高,药物释放量略有增加;但随着多西他赛载量的增高,药物释放量大幅减少。当泊洛沙姆188复合量为300%、多西他赛载量为5%时,纤维中多西他赛的672 h累积释放率为59.36%,绝对释放量为7.3 mg/g。

关键词：多西他赛电纺纤维静电纺丝泊洛沙姆188 聚L-乳酸缓释

BN粒子改性PVDF电纺纤维膜插层增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性

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复合材料科学与工程 2024年第4期 26-32页

作者：曾塘玉马传国向阳邵士磊桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林541000 广西电子信息材料构效关系重点实验室桂林541004

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题,本文提出了一种氮化硼(BN)粒子改性聚偏氟乙烯(PVDF)电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间断裂韧性的方法。通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中,利用静电纺丝方法... 详细信息

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题,本文提出了一种氮化硼(BN)粒子改性聚偏氟乙烯(PVDF)电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间断裂韧性的方法。通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中,利用静电纺丝方法制备了BN改性PVDF纤维膜(BN&PVDF),作为插层材料被引入碳纤维的层间,采用手工铺设-真空热压法制备BN&PVDF增强CF/EP复合材料层压板(BN&PVDF-CF/EP)。重点研究了BN粒子含量对改性PVDF电纺纤维膜增强CF/EP层间断裂韧性的影响及相关增韧机理。研究结果显示:当BN含量为3.2wt%时,BN&PVDF电纺纤维膜的增韧效果最好,相对于CF/EP,BN&PVDF-CF/EP的Ⅰ型层间断裂韧性提高了129.6%,Ⅱ型层间断裂韧性提高了160.6%;BN粒子引入后,提高了PVDF的拉伸强度和模量;SEM分析显示,BN粒子被部分镶嵌于PVDF纤维上,提高了PVDF纤维表面的粗糙度,增强了PVDF纤维与基体的界面相互作用,引起了更加复杂的增韧形式并提高了PVDF纤维的增韧效果。

关键词：碳纤维增强复合材料层间断裂韧性氮化硼粒子聚偏氟乙烯电纺纤维

BN粒子改性PVDF电纺纤维膜插层增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性

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复合材料科学与工程 2023年

作者：曾塘玉马传国向阳邵士磊桂林电子科技大学材料科学与工程学院广西电子信息材料构效关系重点实验室

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题，本文提出了一种氮化硼（BN）粒子改性聚偏氟乙烯（PVDF）电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料层间断裂韧性的方法。首先通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中，然后... 详细信息

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题，本文提出了一种氮化硼（BN）粒子改性聚偏氟乙烯（PVDF）电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料层间断裂韧性的方法。首先通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中，然后利用静电纺丝方法制备了BN改性PVDF纤维膜（BN&PVDF），作为插层材料被引入到碳纤维的层间，采用手工铺设-真空热压法制备BN&PVDF增强CF/EP复合材料层压板（BN&PVDF-CF/EP）。重点研究了BN粒子含量对改性PVDF电纺纤维膜增强CF/EP层间断裂韧性的影响及相关增韧机理。研究结果显示，在BN含量为3.2wt%时，BN&PVDF电纺纤维膜的增韧效果最好，相对于CF/EP，BN&PVDF-CF/EP的I型层间断裂韧性提高了129.6%，II型层间断裂韧性提高了160.6%；BN粒子引入后，提高了PVDF的拉伸强度和模量；SEM分析显示，BN粒子被部分地镶嵌在PVDF纤维上，提高了PVDF纤维表面的粗造度，增强了PVDF纤维与基体的界面相互作用，引起了更加复杂的增韧形式并提高了PVDF纤维的增韧效果。

关键词：碳纤维增强复合材料层间断裂韧性氮化硼粒子聚偏氟乙烯电纺纤维

电纺制备明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯抗菌复合纳米纤维的研究

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无机材料学报 2015年第5期30卷 516-522页

作者：梁红培王英波粟智鲁雄王帅新疆师范大学化学化工学院乌鲁木齐830054 西南交通大学材料科学与工程学院成都610031

本研究模拟细胞外基质成分与结构,采用静电纺丝法成功制备出明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯四元复合纤维。重点考察该体系中物质浓度对复合纤维形貌及抗菌性能的影响。结果表明：明胶浓度增大会增大纤维的直径,但浓度过大会出现粘... 详细信息

本研究模拟细胞外基质成分与结构,采用静电纺丝法成功制备出明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯四元复合纤维。重点考察该体系中物质浓度对复合纤维形貌及抗菌性能的影响。结果表明：明胶浓度增大会增大纤维的直径,但浓度过大会出现粘连现象,其最佳浓度为15~20%;加入壳聚糖（CS）会出现细纤维分支,其浓度为1%左右较佳;增加羟基磷灰石（HA）浓度,可提高电纺液的导电性,降低纤维中的珠状物和粘联现象发生,粒径为12μm的HA浓度为5%时纤维形态较好;加入氧化石墨烯后可使纤维形态均匀、光滑。最后对四元复合纤维进行了抗菌性能考察,发现氧化石墨烯的加入增强了复合纤维的抗菌性。明胶/壳聚糖/羟基磷灰石/氧化石墨烯四元复合纤维对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有较好的抗菌效果。

关键词：壳聚糖羟基磷灰石氧化石墨烯电纺纤维抗菌率

丙烯酸接枝改性壳聚糖的纤维膜制备及其对Cu^(2+)、Cd^(2+)离子吸附研究

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广西大学学报（自然科学版） 2022年第2期47卷 462-469页

作者：梁兆毅杨迪陈乐民邓学良梁欣蒙杏许凡冰蒋林斌广西大学化学化工学院广西南宁530004 广西石化资源加工及过程强化技术重点实验室广西南宁530004

以过硫酸铵为引发剂,制备壳聚糖(CS)和丙烯酸(AA)的接枝共聚物(CS-g-PAA),采用静电纺丝技术将其制备成纤维膜,考察不同接枝率、电纺溶液浓度、直流电压对电纺纤维的影响,用红外光谱、扫描电镜对共聚物和纤维膜的结构进行表征,测试该纤维... 详细信息

以过硫酸铵为引发剂,制备壳聚糖(CS)和丙烯酸(AA)的接枝共聚物(CS-g-PAA),采用静电纺丝技术将其制备成纤维膜,考察不同接枝率、电纺溶液浓度、直流电压对电纺纤维的影响,用红外光谱、扫描电镜对共聚物和纤维膜的结构进行表征,测试该纤维对Cu ^(2+)、Cd ^(2+)离子的吸附性能。实验结果表明,接枝率越高电纺纤维形貌越好,相对最佳电纺条件为溶液质量分数15%和电纺电压11 kV;CS-g-PAA电纺纤维膜对Cu ^(2+)、Cd ^(2+)的吸附量相比CS提高了25.39%和82.28%,相比CS-g-PAA其吸附速度更快,但其饱和吸附容量比较接近。

关键词：壳聚糖丙烯酸接枝共聚电纺纤维重金属吸附

基于电纺ECNF调控PDMS/CNT复合材料的柔性应力传感器研究

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基于电纺ECNF调控PDMS/CNT复合材料的柔性应力传感器研究

作者：王鼎南京林业大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,柔性应力传感器的应用场景需求越来越多。当前柔性应力传感器技术取得了显著的进步,然而,柔性应力传感器的发展仍然存在很多需要解决的问题,如如何使电阻式柔性应力传感器在生物体应用场景中具有更好的拉伸、抗断裂等力... 详细信息

随着社会的发展,柔性应力传感器的应用场景需求越来越多。当前柔性应力传感器技术取得了显著的进步,然而,柔性应力传感器的发展仍然存在很多需要解决的问题,如如何使电阻式柔性应力传感器在生物体应用场景中具有更好的拉伸、抗断裂等力学性能以及具有更好的灵敏度、稳定性及应力响应范围等传感性能。碳基柔性导电复合材料是目前电阻式柔性应力传感器传感层的良好选择,其性能对提升电阻式柔性应力传感器性能至关重要。然而,碳基柔性导电复合材料中导电填料分散性差,易团聚,制约着柔性导电复合材料的力学性能和导电性,进而影响着柔性应力传感器性能。本文制备一定直径和排列的电纺乙基纤维素纤维(ECNF),通过电纺ECNF调控CNT在PDMS基体中分散和PDMS/CNT复合材料的力学和电学性能。利用电纺ECNF的含量、直径和排列程度调控PDMS/CNT/ECNF柔性应力传感器的灵敏性、循环稳定性、有效应力范围的影响,提高柔性应力传感器监测人体关节信号的灵敏性和稳定性。主要研究结果如下:1、研究了EC电纺液浓度、溶剂比、纺丝电压、电纺液推进速度、接收辊转速对电纺EC纤维表面形貌和直径的影响。结果表明:1)质量浓度为10%,溶剂比为5:5的电纺液可电纺获得连续光滑的电纺ECNF;2)电压在17kV时,电纺ECNF的直径更小、粗细更加均匀,直径为193.9±5.6nm,直径主要分布在100～300nm之间,形貌也更加平滑;3)通过减慢电纺液推进速度电纺可获得直径减小的电纺ECNF,电纺液推进从0.3ml/h减慢至0.2ml/h,电纺ECNF的直径从193.9±5.6nm减小至157.4±4.7nm,直径分布主要范围是100～300nm;4)通过加快接收辊转速可获得定向排列程度提高的电纺ECNF,直径一定程度上变小,当接收辊转速加快到1200rpm/min时,电纺获得的电纺EC纤维的定向排列程度高,电纺EC纤维直径从接收辊转速400rpm/min时的225.1±1.7nm减小到接收辊转速1200rpm/min时的166.0±3.6nm。2、研究了引入电纺ECNF对PDMS/CNT柔性导电复合材料力学性能和导电性的影响。结果表明:1)当PDMS/CNT柔性复合材料中CNT含量为7wt%时,拉伸强度为1.73MPa,断裂应变为86.56%,韧性为0.61MJ/m;有预切缺口的PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度为0.34MPa,断裂应变为18.85%,韧性为0.04 MJ/m,导电电阻为550KΩ;2)引入含量为1wt%电纺ECNF后,PDMS/CNT复合材料拉伸强度提高为2.46 MPa,断裂应变提高为115.00%,韧性提高为1.30MJ/m,有预切缺口的PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度提高为0.78MPa,断裂应变提高为19.60%,韧性提高为0.11 MJ/m,导电电阻下降至228KΩ,导电性上升;3)引入直径为150nm左右电纺ECNF制备的PDMS/CNT复合材料力学性能和导电性提升,拉伸强度、断裂应变和韧性分别提高为2.46 MPa、115.00%和1.30MJ/m。有预切缺口的复合材料拉伸强度、断裂应变和韧性分别提高为0.78MPa、19.60%和0.11 MJ/m。导电电阻下降至228KΩ,导电性上升;4)当引入在接收辊转速为1200rpm/min条件下电纺所得的排列程度高的电纺ECNF制成的PDMS/CNT复合材料的拉伸强度提高至4.09MPa,抗断裂拉伸强度提高至1.16MPa,导电电阻下降至201KΩ,导电性上升,表明引入排列程度高的电纺ECNF,PDMS/CNT复合材料的力学性能和导电性更好。电纺ECNF的引入有效的提升了PDMS/CNT导电复合材料的力学性能和导电性。3、研究了电纺ECNF含量、直径、定向排列程度对电纺ECNF/PDMS/CNT柔性应力传感器传感性能的影响,并选取传感性能良好的电纺EC纤维/PDMS/CNT柔性应力传感器进行人体关节信号监测应用评价。结果表明:1)当填充1wt%、直径为150nm左右、排列程度高的电纺EC纤维后,柔性应力传感器的灵敏度从0.341kPa提升至了11.300k Pa,提升了约33倍;2)填充1wt%、直径为150nm左右、排列程度高的电纺EC纤维制备的PDMS/CNT柔性应力传感器的重复稳定性获得了有效的改善,PDMS/CNT柔性应力传感器循环拉伸过程中首尾电阻变化率基本吻合,展现了优秀的重复稳定性;3)PDMS/CNT/EC NF-1,0.2,1200型号的柔性应力传感器在人体关节信号监测应用中能够良好地实时监测关节折叠/展开运动变化。

关键词： PDMS 乙基纤维素碳纳米管电纺纤维柔性应力传感器

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电纺纤维在药物传输及可视化中的研究

电纺纤维在药物传输及可视化中的研究

作者：潘楠西北大学

学位级别：硕士

电纺纤维材料因为具有大的比表面积以及与细胞外基质结构相似的特点,因此在生物医用领域具有潜在应用价值。作为一种有前景的药物传输载体,传统载药纤维膜存在药物突释明显且功能单一等问题,使得治疗远没有达到最佳效果。基于此,本文首... 详细信息

电纺纤维材料因为具有大的比表面积以及与细胞外基质结构相似的特点,因此在生物医用领域具有潜在应用价值。作为一种有前景的药物传输载体,传统载药纤维膜存在药物突释明显且功能单一等问题,使得治疗远没有达到最佳效果。基于此,本文首先借助介孔二氧化硅(MSNs)高效负载药物的能力,将载药MSNs复合到亲水性纤维内部,依靠介孔孔道以及高分子屏障层对药物的限制,实现了药物的缓释。进一步,将可视化这一新功能引入到载药纤维膜中,开发可视及载药双功能纤维膜,实现诊疗一体化。主要的研究内容如下:(1)选择水溶性的萘普生钠(NAPS)作为模型药物,将其装载到MSNs孔道内,制备载药介孔二氧化硅(MSNs-NAPS)纳米颗粒;进一步采用载药颗粒复合电纺法,将MSNs-NAPS复合到聚乙烯醇(PVA)基体,制备不同药物装载量的PVA/MSNs-NAPS纤维材料。对载药纤维膜的理化性质进行了研究,发现纯的PVA纤维膜表面平滑,形貌均一;随着MSNs的加入,纤维表面出现凸起且直径略微增加;交联改性后的纤维保持其原始形貌,并且改性后的纤维膜均显示出超亲水的特性;与直接采用混合电纺法制备的载药纳米纤维PVA/NAPS以及单独的载药颗粒MSNs-NAPS相比,PVA/MSNs-NAPS纤维材料可明显延长水溶性药物的释放时间。(2)基于伤口产生前后pH的差异性,将具有pH敏感变色能力的姜黄素(Cur)复合到聚ε-己内酯(PCL)中,制备得到不同Cur复合量的纤维材料。通过比色计研究不同Cur复合量的纤维膜在不同pH下的变色行为,建立了颜色变化与pH之间的关系;进一步开发了一种手机APP监视伤口pH的新方法;结合伤口形状复杂多样的特点,通过改变收集装置以及裁剪方式,制备出了一维(1D)到三维(3D)各种形貌的PCL/Cur复合纤维材料。(3)受窗纱结构启发,采用图案化静电纺丝技术,制备具有不同厚度梯度的纤维材料;研究纤维材料微结构与透明性之间的关系;进一步优化设计新型的针尖微阵列,获得具有最佳透光率的纤维材料。在此基础上,通过表面固定化的方式,将药物负载在纤维表面,构建出具有诊疗一体化的双功能纤维膜。

关键词：电纺纤维水溶性药物 pH敏感透明缓释