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什么是静电纺丝

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静电纺丝法

静电纺丝法的主要特点是将各种材料(主要是聚合物)纺成纳米纤维形状,另外还具有纤维形状的控制相对容易的特点。             

目前为止实现了用以下材料来进行静电纺丝实验。(见图1)

・工业热塑性聚合物             

・可生物降解聚合物             

・聚合物混合物             

・与无机化合物混合的复合材料

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图1



静电纺丝法通常使用材料溶解于溶剂中的溶液作为纺丝材料。


近年来,氧化铝、氧化锆、钛氧化物、锆钛酸铅等陶瓷纳米纤维的纺丝实例频频出现。


静电纺丝系统,如图1所示,由高压电源、聚合物溶液、注射器、喷头和接地收集器组成。聚合物溶液将以恒定的速度从注射器中推出至喷头上。


在喷头上施加20kv至40kv的高压,当电吸引超过聚合物溶液的表面张力时,聚合物溶液喷射器将注向收集器。射流中的溶剂逐渐挥发,当到达收集器时,射流将降低到纳米级。

纺制出的纳米纤维会形成如图2所示的膜。

纤维的取向性取决于收集器。            

纳米纤维膜的单位体积的总表面积比微米级纤维膜会大很多。

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图2


因此,纳米纤维通过化学或物理改性获得了前所未有的特性,并有望在各个领域得到新的应用。

如图3所示,即使用同一种聚合物纺丝,也可以通过改变纺丝参数来制备不同形状的纤维,如表面光滑的纤维、珠状纤维和多孔纤维等。             

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静电纺丝的参数一般分为三组:溶液特性、纺丝环境和纺丝条件。

Solution Characteristics

・溶液浓度             

・粘度             

・导电性             

・弹性            

・表面张力

Spinning Environment

・环境温度             

・湿度             

・大气压


Spinning Conditions

・施加电压             

・溶液喷出量             

・喷头和收集器之间的距离            

・收集器的旋转速度


如上静电纺丝法影响纳米纤维形状的参数

如何组合这些参数是技术诀窍的关键所在

找到所需形状的纳米纤维的最佳纺丝条件,是最困难也是最花费时间的。


虽然花了很多时间来寻找这些参数和纤维形状之间的相关性,但近年来其关联性变得越来越清晰。

纺丝溶液的聚合物浓度显然是控制聚合物纤维直径的最重要因素。另外,收集器的设计对于控制纤维的取向也是重要的。

用碟式收集器制成的高速取向纳米纤维样品如图5所示。有几个重要的参数需要控制,如纤维直径,表面形状和方向。

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