靜電紡絲法介紹

發(fā)布日期：2022-10-19      瀏覽次數(shù)：4073

靜電紡絲法介紹

靜電紡絲法的主要特點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 維形狀的控制相對容易的特點。 目前為止實現(xiàn)了用以下材料來進行靜電紡絲實驗。 （見圖1） 

?工業(yè)熱塑性聚合物 

?可生物降解聚合物 

?聚合物混合物 

?與無機化合物混合的復合材料

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，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，當電吸引超過聚合物溶液的表面張力時，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?shù)竭_收集器時，射流將降低到納米級。



紡制出的納米纖維會形成如圖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 米級纖維膜會大很多。



因此，納米纖維通過化學或物理改性獲得了未有的特性，并有望在各個領(lǐng)域得到新的應用。 如圖3所示，即使用同一種聚合物紡絲，也可以通過改變紡絲參數(shù)來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時間的。雖然花了很多時間來尋找這些參數(shù)和纖維形狀之間的相關(guān)性，但近年來其關(guān)聯(lián)性變得越來越清晰。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)計對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。

納米纖維的應用

以下是目前被認為最有前景的納米纖維應用，并且這些領(lǐng)域正在被許多大學，實驗室和公司研究中。

■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，高導電材料，透明導電膜等

■醫(yī)療/保健，生物學

再生醫(yī)學，傷口處理，給藥系統(tǒng)，細胞培養(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，例如過濾器或口罩。利用其高性能過濾，使用由納米纖維制成的水處理過濾器可以高效地消除目標分子。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，以保護人們免受嚴重的空氣污染。

功能性商品

近年來，一些研究結(jié)果表明，納米纖維不僅可作為單體使用，還可以通過附加各種機能紡制納米纖維,可作為纖維之間的復合材料，具有顆粒的復合材料或功能性物體的涂層材料來使用。英國林肯大學和伊朗食品科學與技術(shù)研究所的合作團隊在一篇學術(shù)期刊“食品類水膠體"中對適用于食品應用的靜電紡絲方法進行了全面總結(jié)。作者之一，林肯大學的尼克·塔克博士解釋說，靜電紡絲法有助于推進輔助食品化合物新產(chǎn)品和運輸系統(tǒng)的設(shè)計和性能。具體來說，用靜電紡絲法紡制的納米纖維有望用于從加工到儲存,或者轉(zhuǎn)移到體內(nèi)的過程中可以保護營養(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用：高效率太陽能電池以及分離器、燃料電池和蓄電池。?顯示器用透明導電濾波器（電極）；觸摸板和功能玻璃。東京理工大學松本副教授組正在開發(fā)透明導電薄膜，預計將取代目前用于電極和顯示面板的ITO。這些薄膜具有與ITO一樣高的可見光透過率（80%），在45Ω/sq的表面電阻下具有很高的導電率，并且非常輕薄、堅固、不易破損。

醫(yī)療/保健，生物學

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