【摘 要】
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纤维素是自然界中一种存储量丰富、可再生、可生物降解的天然高分子材料。以纤维素为原料制备的纤维素薄膜具有优秀的力学性能、热稳定性、化学稳定性、以及丰富的孔隙结构等优点,已成为膜工程领域研究热点,在包括锂离子电池、污水净化、生物支架、柔性传感和显示以及包装行业等多个领域得到广泛应用。作为多种功能器件的重要组成部分,纤维素薄膜的多尺度结构是影响其各项性能的重要因素,因此,针对纤维素薄膜进行多尺度结构建模
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（项目名:锂离子电池纤维素隔膜湿热条件下力学行为及多尺度仿植物刚柔性设计,编号:11972161）；
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纤维素是自然界中一种存储量丰富、可再生、可生物降解的天然高分子材料。以纤维素为原料制备的纤维素薄膜具有优秀的力学性能、热稳定性、化学稳定性、以及丰富的孔隙结构等优点,已成为膜工程领域研究热点,在包括锂离子电池、污水净化、生物支架、柔性传感和显示以及包装行业等多个领域得到广泛应用。作为多种功能器件的重要组成部分,纤维素薄膜的多尺度结构是影响其各项性能的重要因素,因此,针对纤维素薄膜进行多尺度结构建模具有重要意义。本文首先对单根纤维进行建模,随后进行纤维素薄膜的2D、2.5D随机结构建模,最后扩展到薄膜3D纤维网格的随机结构建模。基于所建立的结构模型,结合实验手段,探究薄膜相关力学性能,同时验证模型的准确性。最后,基于多尺度多维度模型获取相应的孔隙模型,并进行参数探讨,以阐述不同维度模型之间的优点以及不足。本文的主要工作如下:（1）借助SEM、AFM等设备对单纤维的结构及弹性性能进行表征与研究,进而实现单根纤维的结构建模以及力学性能仿真,结合不同单根纤维模型以及实验测试数据对其微结构进行讨论分析。（2）基于Matlab编程方法对获取的纤维素薄膜SEM图像进行一系列的数字图像处理,得到需要的建模数据,随后进行纤维素薄膜的2D以及2.5D纤维网格随机结构建模,并对不同建模方式所建立的结构模型进行相应的模型准确性验证。（3）结合纤维素薄膜的抽滤制备工艺,借助有限元仿真软件实现3D纤维网格的随机结构建模,并进行建模精度验证。（4）通过对比,选择合适的建模方法对影响纤维素薄膜建模精度的关键因素开展研究,同时结合不同结构模型所对应孔隙模型的获取方法对比,分析不同建模方法的优点与不足,并阐述相应的应用场景。
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