靜電紡絲法介紹

發(fā)布日期：2022-10-19      瀏覽次數(shù)：4271

靜電紡絲法介紹

靜電紡絲法的主要特點(diǎn)是將各種高分子材料（主 要是聚合物）紡成納米纖維形狀，另外還具有纖 維形狀的控制相對(duì)容易的特點(diǎn)。 目前為止實(shí)現(xiàn)了用以下材料來(lái)進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)。 （見(jiàn)圖1） 

?工業(yè)熱塑性聚合物 

?可生物降解聚合物 

?聚合物混合物 

?與無(wú)機(jī)化合物混合的復(fù)合材料

靜電紡絲法通常使用材料溶解于溶劑中的溶液作為紡絲材料。近年來(lái)，氧化鋁、氧化鋯、鈦氧化物、鋯鈦酸鉛等陶瓷納米纖維的紡絲實(shí)例頻頻出現(xiàn)。靜電紡絲系統(tǒng)，如圖1所示，由高壓電源、聚合物溶液、注射器、噴頭和接地收集器組成。聚合物溶液將以恒定的速度從注射器中推出至噴頭上。在噴頭上施加20kv至40kv的高壓，當(dāng)電吸引超過(guò)聚合物溶液的表面張力時(shí)，聚合物溶液噴射器將注向收集器。射流中的溶劑逐漸揮發(fā)，當(dāng)?shù)竭_(dá)收集器時(shí)，射流將降低到納米級(jí)。



紡制出的納米纖維會(huì)形成如圖2所示的膜。 纖維的取向性取決于收集器。 納米纖維膜的單位體積的總表面積比微 米級(jí)纖維膜會(huì)大很多。



因此，納米纖維通過(guò)化學(xué)或物理改性獲得了未有的特性，并有望在各個(gè)領(lǐng)域得到新的應(yīng)用。 如圖3所示，即使用同一種聚合物紡絲，也可以通過(guò)改變紡絲參數(shù)來(lái)制備不同形狀的纖維，如表面光滑的 纖維、珠狀纖維和多孔纖維等。 靜電紡絲的參數(shù)一般分為三組：溶液特性、紡絲環(huán)境和紡絲條件。（圖4）





圖4靜電紡絲法影響納米纖維形狀的參數(shù)如何組合這些參數(shù)是技術(shù)訣竅的關(guān)鍵所在找到所需形狀的納米纖維的最佳紡絲條件，是最困難也是最花費(fèi)時(shí)間的。雖然花了很多時(shí)間來(lái)尋找這些參數(shù)和纖維形狀之間的相關(guān)性，但近年來(lái)其關(guān)聯(lián)性變得越來(lái)越清晰。紡絲溶液的聚合物濃度顯然是控制聚合物纖維直徑的最重要因素。另外，收集器的設(shè)計(jì)對(duì)于控制纖維的取向也是重要的。用碟式收集器制成的高速取向納米纖維樣品如圖5所示。有幾個(gè)重要的參數(shù)需要控制，如纖維直徑，表面形狀和方向。

納米纖維的應(yīng)用

以下是目前被認(rèn)為最有前景的納米纖維應(yīng)用，并且這些領(lǐng)域正在被許多大學(xué)，實(shí)驗(yàn)室和公司研究中。

■環(huán)境工程

濾水器，濾塵器，口罩等

■功能性產(chǎn)品

功能性衣服,功能性食品等

■電子材料

電池隔膜，高導(dǎo)電材料，透明導(dǎo)電膜等

■醫(yī)療/保健，生物學(xué)

再生醫(yī)學(xué)，傷口處理，給藥系統(tǒng)，細(xì)胞培養(yǎng)，人工血管等

環(huán)境工程

在環(huán)境工程領(lǐng)域，納米纖維是周知的產(chǎn)品，例如過(guò)濾器或口罩。利用其高性能過(guò)濾，使用由納米纖維制成的水處理過(guò)濾器可以高效地消除目標(biāo)分子。此外，全球正在開發(fā)能夠捕獲非常小顆粒的口罩，如PM2.5的納米纖維層，以保護(hù)人們免受嚴(yán)重的空氣污染。

功能性商品

近年來(lái)，一些研究結(jié)果表明，納米纖維不僅可作為單體使用，還可以通過(guò)附加各種機(jī)能紡制納米纖維,可作為纖維之間的復(fù)合材料，具有顆粒的復(fù)合材料或功能性物體的涂層材料來(lái)使用。英國(guó)林肯大學(xué)和伊朗食品科學(xué)與技術(shù)研究所的合作團(tuán)隊(duì)在一篇學(xué)術(shù)期刊“食品類水膠體"中對(duì)適用于食品應(yīng)用的靜電紡絲方法進(jìn)行了全面總結(jié)。作者之一，林肯大學(xué)的尼克·塔克博士解釋說(shuō)，靜電紡絲法有助于推進(jìn)輔助食品化合物新產(chǎn)品和運(yùn)輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和性能。具體來(lái)說(shuō)，用靜電紡絲法紡制的納米纖維有望用于從加工到儲(chǔ)存,或者轉(zhuǎn)移到體內(nèi)的過(guò)程中可以保護(hù)營(yíng)養(yǎng)成分的食品搬送系統(tǒng)。

電子材料

在電子材料領(lǐng)域，納米纖維有望用于以下應(yīng)用：高效率太陽(yáng)能電池以及分離器、燃料電池和蓄電池。?顯示器用透明導(dǎo)電濾波器（電極）；觸摸板和功能玻璃。東京理工大學(xué)松本副教授組正在開發(fā)透明導(dǎo)電薄膜，預(yù)計(jì)將取代目前用于電極和顯示面板的ITO。這些薄膜具有與ITO一樣高的可見(jiàn)光透過(guò)率（80%），在45Ω/sq的表面電阻下具有很高的導(dǎo)電率，并且非常輕薄、堅(jiān)固、不易破損。

醫(yī)療/保健，生物學(xué)

醫(yī)療/保健或生物學(xué)是由靜電紡絲法所制造的納米纖維的重要應(yīng)用之一，并且正在吸引研究人員的興趣。一些與再生醫(yī)學(xué)相關(guān)的產(chǎn)品已經(jīng)在海外商業(yè)化。