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细菌纤维素基振膜材料的声学性能研究

作　者: 许如清
导　师: 王华平
学　校: 东华大学
专　业: 材料学
关键词: 细菌纤维素碳纳米管乙酰化振动膜
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

声音是信息传递的一个重要载体,在人们日常生活中扮演着重要的角色。作为声音传播的一个主要工具,扬声器对于减少声音的失真以及满足声音振动传递快而内耗高的要求起着关键作用,其中尤以振膜为主要影响因素。本文试图以细菌纤维素膜为基底材料,探索其在音响振膜中的潜在应用能力。以葡糖杆菌(Gluconacetobacter xylinum)为生产菌株合成的细菌纤维素是一种纤细高纯的纤维素,与自然界存在的植物纤维素相比,具有纯度高、结晶度高、力学性能好及具有生物降解性能等特性。基于这些特性,细菌纤维素膜具有成为理想振膜材料的巨大潜质。本文分别采用浸渍吸附的方法制备得到碳纳米管/细菌纤维素复合振膜,以及表面改性的方法制备得到乙酰化细菌纤维素基改性振膜。并通过测量动态弹性模量、比弹性率和损耗因子等重要参数,考察他们的声学性能。具体工作如下：1.细菌纤维素振膜的制备、表征及其声学性能采用生物培养的方法制备得到湿态细菌纤维素膜,再分别通过冷冻干燥、真空干燥、烘箱干燥、热压干燥及打浆成膜的方法得到细菌纤维素振膜。利用扫描电镜和动态力学性能分析等手段测试了振膜的基本性能及声学特性。从扫描电镜中可以看出,真空干燥处理后的振膜可以最大程度的保持细菌纤维素本身的微观纳米结构；从动态力学性能的测试结果可以得到,经过NaOH预处理后的真空干燥振膜具有最好的声学特性,其动态弹性模量高于其他方法制备的振膜,而密度又低于其他方法制备得到的振膜,因此它的比弹性率要高于其他样品,达到10.27 m2/s2,且损耗因子为4.3。而打浆制得的细菌纤维素振膜情况与真空干燥的恰恰相反,因此得到的比弹性率是最低的,只有0.61 m2/s2。2.碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的制备、表征及其声学性能采用浸渍吸附的方法,将多壁碳纳米管与细菌纤维素膜复合,制备得到碳纳米管／细菌纤维素复合振膜。分别用扫描电镜和元素分析等方法进行了基础表征。同时,研究了其作为振膜的声学性能。元素分析结果表明,表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)有利于提高复合振膜对碳纳米管的吸附能力；且通过扫描电镜可以看出,添加表面活性剂后的碳纳米管/细菌纤维素复合振膜,其碳纳米管的分散更加均匀。振膜声学参数方面,随着碳纳米管含量的增加,复合振膜的密度、动态弹性模量、比弹性率以及损耗因子均上升,但是当碳纳米管浓度达到1wt%之后,上升的趋势趋于平缓。因此,确定最优制备工艺为在表面活性剂的条件下,碳纳米管浓度为1wt%,吸附时间为24小时,此时复合振膜比弹性率达到15.85m2/s2,损耗因子达到4.7。3.乙酰化细菌纤维素基改性振膜的制备、表征及其声学性能以细菌纤维素膜、乙酸酐和碘为主要原料,制备了乙酰化细菌纤维素基改性振膜。通过测定取代度、红外光谱等手段对其微观结构,物理性能进行了表征。结果表明,乙酰化改性在80℃下加热60分钟,加入催化剂0.125mmol,可以得到取代度较高的乙酰化细菌纤维素膜。动态力学性能分析得到的实验结果证实,在上述实验条件下得到的改性振膜声学性能最优,其比弹性率为10.78 m2/s2,损耗因子为4.2。此外,乙酰化处理后的振膜提高了细菌纤维素膜的疏水性,使其更有利于在相对潮湿的环境中高质量的运行。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-26
  1.1 扬声器工作原理  12-13
  1.2 振膜材料声学参数  13-18
    1.2.1 相关名词解释  13-15
    1.2.2 振膜材料相关参数简介  15-16
    1.2.3 声学材料要素总结  16-18
  1.3 现有振膜材料分析  18-22
    1.3.1 纸系振膜材料  18-19
    1.3.2 非纸系振膜材料  19-20
    1.3.3 部分材料物理参数总结  20-22
  1.4 细菌纤维素膜  22-25
    1.4.1 细菌纤维素简介  22-23
    1.4.2 细菌纤维素的特性  23
    1.4.3 细菌纤维素改性与表面修饰研究  23-25
  1.5 本课题研究目的及意义  25-26
第二章细菌纤维素振膜声学性能研究  26-47
  2.1 引言  26
  2.2 细菌纤维素膜的制备及表征  26-30
    2.2.1 实验部分  27-29
    2.2.2 分析测试  29-30
  2.3 细菌纤维素振膜的制备及表征  30-37
    2.3.1 实验部分  30-34
    2.3.2 分析测试  34-37
  2.4 结果与讨论  37-46
    2.4.1 细菌纤维素振膜的形态结构  37-38
    2.4.2 细菌纤维素振膜的机械性能  38-41
    2.4.3 细菌纤维素振膜的热稳定性能  41-42
    2.4.4 细菌纤维素振膜的声学性能  42-46
  2.5 小结  46-47
第三章碳纳米管/细菌纤维素复合振膜声学性能研究  47-67
  3.1 引言  47-48
  3.2 碳纳米管/细菌纤维素复合膜的制备与表征  48-52
    3.2.1 实验材料  48
    3.2.2 实验仪器  48
    3.2.3 细菌纤维素膜预处理  48
    3.2.4 配置多壁碳纳米管溶液  48-49
    3.2.5 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜制备对照实验  49
    3.2.6 分析测试  49-52
  3.3 结果与讨论  52-66
    3.3.1 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的形态结构  52-56
    3.3.2 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的红外光谱  56-57
    3.3.3 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的元素分析  57-58
    3.3.4 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的机械性能  58-61
    3.3.5 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的热稳定性能  61
    3.3.6 碳纳米管/细菌纤维素复合振膜的声学性能  61-66
  3.4 小结  66-67
第四章乙酰化细菌纤维素基改性振膜声学性能研究  67-86
  4.1 引言  67-68
  4.2 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的制备与表征  68-73
    4.2.1 实验材料  68
    4.2.2 实验仪器  68
    4.2.3 细菌纤维素膜预处理  68
    4.2.4 配置饱和硫代硫酸钠溶液  68-69
    4.2.5 细菌纤维素膜乙酰化改性  69
    4.2.6 分析测试  69-73
  4.3 结果与讨论  73-84
    4.3.1 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的形态结构  73-74
    4.3.2 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的红外光谱  74-76
    4.3.3 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的取代度  76-78
    4.3.4 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的机械性能  78
    4.3.5 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的热稳定性能  78-79
    4.3.6 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的热膨胀系数  79-80
    4.3.7 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的含水量  80
    4.3.8 乙酰化细菌纤维素基改性振膜的声学性能  80-84
  4.4 小结  84-86
第五章结论  86-88
参考文献  88-92
附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文及申请的专利  92-93
致谢  93

细菌纤维素基振膜材料的声学性能研究

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