静电纺丝的核心:泰勒锥(Taylor cone)是什么?
在静电纺丝过程中,喷射的起始并不是随机发生的,而是从一种典型结构——泰勒锥(Taylor cone)开始。当聚合物溶液处于电场中时,液滴表面会受到两种主要作用力的影响:
一方面是表面张力,使液滴趋于保持球形;另一方面是电场力,使液体沿电场方向被拉伸。随着电压逐渐升高,电场力不断增强,液滴形状由初始的近似球形逐渐被拉伸,并在喷头端形成一个尖锥状结构,即“泰勒锥”(Taylor cone)。

静电纺丝原理图
(引用自:新しい扉を拓くナノファイバー 八木健吉 P37,図3.1)
当电场力达到临界条件,能够克服表面张力的约束时,泰勒锥顶端会发生喷射,形成一股细小而稳定的带电射流。这一过程标志着静电纺丝的真正开始。因此,泰勒锥的形成反映了电场力与表面张力之间的平衡状态,其稳定性直接影响射流质量及最终纤维形貌。
在实际实验中,电压、溶液性质(如粘度、电导率、表面张力)以及环境条件,都会对泰勒锥的形成与稳定性产生重要影响。稳定的泰勒锥通常被视为工艺参数匹配良好的重要标志。