基于湿法纺丝将纳米纤维素制备成宏观纤维的相关性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着高分子材料越来越广泛地应用于人类社会生活实验证明,这种导电的人工肌肉材料对溶剂响应具有很高的灵敏性和选择性,在工业生产和化学品储存中,可以用来探测毒性溶剂的泄漏和预警。

简单来说,在生产或储存过程中,有毒溶剂及其蒸气过量或泄漏时,人工肌肉材料与危险溶剂或蒸气接触,会自动智能地伸缩或旋转,从而触动警报或安全阀门的开关,发出警报告知工作人员,或是关闭通道防止危险溶剂及蒸气进一步扩散,减少对人体的危害,将发生安全事故的可能性降到最低。

人工肌肉作为新型的致动器，与电机驱动相比，显示了巨大的优越性。

2. 国内外研究现状分析

科学界对人工肌肉材料的研究很早就开始了,但传统的溶剂敏感型人工肌肉多是基于功能性的高分子材料,其对溶剂的响应速度较慢,运动形式也相对单一,多是简单的膨胀或弯曲,且不容易控制。

彭慧胜团队以具有高比表面积、优异力学和电学性能的取向碳纳米管为基本单元,并对其进行多级螺旋构筑,在纤维内部形成了大量的纳米和微米尺度的管道结构,这种多级管道结构可以使溶剂高效快速地渗透到纤维内部,并引起纤维的快速膨胀。

当具有多级螺旋结构的碳纳米管纤维与有机溶剂(如乙醇)及其蒸汽接触,可产生优异的扭转和收缩运动,该类纤维状人x肌肉还可以产生强劲的收缩响应,其收缩强度是人类骨骼肌的10倍,并可以在几十毫秒内完成,比传统的高分子基敏感材料快三个数量级,甚至高于植物界响应最快的植物食蝇草的捕食速度。

3. 研究的基本内容与计划

（1）利用废旧纸张制备纳米纤维素（2）用纳米纤维素和石墨烯制备出现状超级电容器（3）讨论加捻角度，进行加捻，再加捻的过程中涂敷导电聚合物如pva或者pdms（4）对加捻好的肌肉进行力学性能测试，以及电化学性能测试研究计划: （1）11月选题，查阅文献，收集资料，明确研究方向；（2）12月拟定实验方案；（3）1月准备实验材料，进行预实验；（4）3-4月正式实验及数据分析；（5）5月撰写毕业论文；（6）6月修改论文并定稿，准备答辩。

4. 研究创新点

首先，用废旧纸箱制备纳米纤维素可以实现资源再利用，其次用纳米纤维素结合石墨烯制备有机械强度的人工肌肉，可以是机械能和电能的相互转化，同时又可以忽视卡诺循环效率的影响，进一步为接下来的人工智能提供材料支撑