靜電紡絲法介紹

發布日期：2022-10-19      瀏覽次數：4967

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。 目前為止實現了用以下材料來進行靜電紡絲實驗。 （見圖1） 

?工業熱塑性聚合物 

?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。靜電紡絲系統，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，當到達收集器時，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。 靜電紡絲的參數一般分為三組：溶液特性、紡絲環境和紡絲條件。（圖4）





圖4靜電紡絲法影響納米纖維形狀的參數如何組合這些參數是技術訣竅的關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和纖維形狀之間的相關性，但近年來其關聯性變得越來越清晰。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，并且這些領域正在被許多大學，實驗室和公司研究中。

■環境工程

濾水器，濾塵器，口罩等

■功能性產品

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

■醫療/保健，生物學

再生醫學，傷口處理，給藥系統，細胞培養，人工血管等

環境工程

在環境工程領域，納米纖維是周知的產品，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研究所的合作團隊在一篇學術期刊“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。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品和運輸系統的設計和性能。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,或者轉移到體內的過程中可以保護營養成分的食品搬送系統。

電子材料

在電子材料領域，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。

醫療/保健，生物學

醫療/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。一些與再生醫學相關的產品已經在海外商業化。