基于MATLAB和COMSOL的靜電紡絲軌跡仿真研究及應(yīng)用.pdf

1、靜電紡絲方法有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，成本低廉，適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種制備納米纖維的有效途徑。靜電紡絲技術(shù)廣泛地應(yīng)用于組織工程，有機(jī)高分子聚合物的合成，以及無(wú)機(jī)納米材料的合成等許多領(lǐng)域。靜電紡絲過(guò)程十分復(fù)雜，涉及電磁學(xué)、流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科領(lǐng)域。為了研究靜電紡絲過(guò)程，軟件仿真方法被采用。針對(duì)靜電紡絲的仿真研究有基于數(shù)學(xué)工具的靜電紡絲軌跡仿真，和基于有限元工具的靜電紡絲電場(chǎng)仿真。前者可以較為準(zhǔn)確地計(jì)算出紡絲纖維的軌跡，但無(wú)法準(zhǔn)確描述紡絲裝

2、置電場(chǎng);而后者可以對(duì)靜電紡絲裝置的電場(chǎng)分布進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，但不能給出纖維軌跡。本文結(jié)合上述兩種仿真方法的優(yōu)點(diǎn)，提出了靜電紡絲聯(lián)合仿真方法。首先應(yīng)用COMSOL Multiphysics軟件建立靜電紡絲裝置模型并對(duì)其電場(chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算，然后應(yīng)用Matlab軟件結(jié)合COMSOL的電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果對(duì)靜電紡絲軌跡進(jìn)行計(jì)算。對(duì)比分析表明，聯(lián)合仿真方法提高了軌跡仿真的準(zhǔn)確性，并擴(kuò)大了靜電紡絲軌跡仿真的應(yīng)用范圍。
　　應(yīng)用聯(lián)合仿真方法，本文對(duì)單針頭靜

3、電紡絲裝置中纖維的軌跡進(jìn)行了計(jì)算，并與傳統(tǒng)靜電紡絲軌跡仿真方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。探究了不同的針頭電壓對(duì)單針頭靜電紡絲方法軌跡分布以及纖維粗細(xì)的影響。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)掃描電鏡(SEM)對(duì)纖維形貌的表征證明了聯(lián)合仿真結(jié)果的合理及正確性。
　　聯(lián)合仿真的另一大優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)具有輔助電極的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真。本論文分別對(duì)添加了環(huán)形、平行輔助極板的靜電紡絲裝置進(jìn)行了電場(chǎng)分析，并對(duì)其纖維軌跡進(jìn)行了計(jì)算，探究了不同的輔助電極電壓和位置對(duì)軌跡分布的影響。結(jié)