靜電紡絲技術(shù)

《靜電紡絲技術(shù)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。

1、靜電紡絲技術(shù)的研究摘要：文章介紹了靜電紡絲制備納米纖維的技術(shù)，詳細(xì)地介紹了這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，以及它在各個(gè)方面廣泛的應(yīng)用。此外，雖然它具有很多的優(yōu)點(diǎn)，但目前也仍然存在一些問題，我們也對(duì)此進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞：靜電紡絲納米纖維應(yīng)用原理前言：近年來(lái)，納米結(jié)構(gòu)材料，如納米纖維、納米管，由于其尺寸效應(yīng)十分顯著，在光、熱、磁、電等方面的性質(zhì)和體材料明顯不同，出現(xiàn)許多新奇特性，因此收到了研究人員的高度重視。納米纖維最大的特點(diǎn)就是比表面積大，從而導(dǎo)致其表面能和活性的增大，產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)、表面或界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，在化學(xué)、物理性質(zhì)方面表現(xiàn)出特異性[1]。電紡技術(shù)是一種

2、簡(jiǎn)單和通用的獲得連續(xù)微米級(jí)別以下的超細(xì)纖維的方法。通過電紡的方法可以制備出多種納米纖維，包括氧化物纖維，高子分聚合物纖維等。靜電紡絲方法制備的納米纖維，具有納米尺寸的直徑，高比表面以及纖維之間形成的微小孔隙[2]。納米纖維、靜電紡絲都是一些新事物，具有廣闊的發(fā)展前景?？梢杂糜诮M織工程、人造器官、藥物傳遞和創(chuàng)傷修復(fù)等。另外，對(duì)植物施用殺蟲劑是納米纖維可能大規(guī)模應(yīng)用的又一個(gè)領(lǐng)域。但當(dāng)前的靜電紡絲技術(shù)還不成熟，有待于深入地研究，以制得高質(zhì)量的纖維并能使納米纖維的制備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[3]。一靜電電紡絲技術(shù)靜電紡絲技術(shù)(electrospinning)在國(guó)內(nèi)一般簡(jiǎn)稱為電紡，其是一種利

3、用聚合物流體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，通過金屬噴嘴進(jìn)行噴射拉伸而獲得直徑為數(shù)十納米到數(shù)微米的納米級(jí)纖維的紡絲技術(shù)。通過靜電紡絲技術(shù)得到的納米級(jí)纖維具有直徑小、表面積大、孔隙率高、精細(xì)程度一致等特點(diǎn)，在組織工程、傳感器、工業(yè)、國(guó)防、農(nóng)業(yè)工程等領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿?，而且其在醫(yī)藥領(lǐng)域諸如傷口敷料、控制釋放體系等方面也有著巨大的應(yīng)用前景[5]。從科學(xué)基礎(chǔ)來(lái)看，這一發(fā)明可視為靜電霧化技術(shù)的一種特例。靜電霧化與靜電紡絲的最大區(qū)別在于：兩者所使用的工作介質(zhì)不同。靜電霧化采用的是粘度較低的牛頓流體；而靜電紡絲采用的是粘度較高的非牛頓流體。由于靜電霧化技術(shù)與靜電紡絲技術(shù)原理類似，所以前者的研究也

4、為后者提供了一定的理論基礎(chǔ)[4]。因?yàn)殪o電紡絲過程涉及到的學(xué)科領(lǐng)域很多，所以至今對(duì)它的研究仍處于探索階段，雖然早在1934年，F(xiàn)ormals就發(fā)明了用靜電力制備聚合物纖維的實(shí)驗(yàn)裝置并申請(qǐng)了專利，在其專利中，他公布了如何以丙酮作為溶劑的醋酸纖維素溶液在電極間形成射流，從而在靜電推力下產(chǎn)生聚合物纖維。靜電紡絲技術(shù)的思路最早來(lái)源于人們對(duì)液體在電場(chǎng)力作用下的電噴射行為的研究。Raleigh在1882年研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液滴承受的電場(chǎng)力超過表面張力時(shí)，其原本的平衡狀態(tài)被打破，懸掛在金屬噴絲頭上的液滴就分裂成一系列帶電小液滴，這種不穩(wěn)定現(xiàn)象后來(lái)被稱為“RaleighInstability

5、”。Taylor自1915年以來(lái)研究了液滴在電場(chǎng)下發(fā)生分裂的問題，他發(fā)現(xiàn)隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，其原本處于平衡狀態(tài)的液滴逐漸被拉長(zhǎng)，當(dāng)液滴所承受的電場(chǎng)力和表面張力數(shù)值相等時(shí)，就形成了頂角為49.3℃的圓錐，這種帶電的錐體后來(lái)被稱為Taylor錐。在對(duì)液滴在電場(chǎng)力作用下的拉伸和分裂過程有了一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)之后，液體的電噴技術(shù)被逐漸應(yīng)用于制備精細(xì)纖維，從而逐步發(fā)展成為獲得高聚物納米級(jí)纖維的靜電紡絲技術(shù)。上世紀(jì)九十年代，Reneker教授所在的研究小組對(duì)一系列高分子材料進(jìn)行靜電紡絲，還對(duì)電紡絲過程中纖維的形成機(jī)理做了詳盡闡述，進(jìn)一步完善了靜電紡絲技術(shù)的理論基礎(chǔ)[6]。目前，對(duì)電紡絲

6、技術(shù)的研究也僅僅局限于從射流動(dòng)力學(xué)和不同聚合物紡絲等角度作一定的分析，而且靜電紡絲的應(yīng)用范圍也很狹窄。近年來(lái)，由于納米技術(shù)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了高壓靜電紡絲這種可用于制備納米級(jí)纖維的技術(shù)的研究工作[7]。靜電紡絲制備微納米多孔纖維的方法有多步法和一步法。靜電紡絲一步法制備納米多孔纖維是通過將聚合物溶解在高揮發(fā)性的溶劑中，通過靜電紡絲的過程，高分子的微小液體流在高壓電場(chǎng)中被高速拉伸、溶劑發(fā)生快速揮發(fā)，促使液體流發(fā)生快速相分離，形成溶劑富集相和聚合物富集相，聚合物富集相固化最終形成纖維骨架，而溶劑富集相則形成纖維的孔道。靜電紡絲多步法又可以分為以下幾種：（1）不同聚合物共混靜電

7、紡絲后處理法。該方法是分別制備兩種聚合物紡絲液并將其按一定比例混合或?qū)煞N聚合物共同溶解在同一溶劑里，靜電紡絲成型后，再通過后處理工藝去除其中一種成分，從而形成多孔結(jié)構(gòu)。后處理工藝包括熱降解、溶劑萃取和紫外光照射交聯(lián)處理等方式。（2）聚合物溶液中添加無(wú)機(jī)成分靜電紡絲后處理法，是通過在所制備的聚合物紡絲溶液中添加無(wú)機(jī)鹽作為成孔劑，在溶液靜電紡絲成型后，去除無(wú)機(jī)鹽而形成納米多孔結(jié)構(gòu)。（3）聚合物溶液摻雜靜電紡絲后處理法。該方法是在聚合物溶液中添加可溶性金屬鹽溶液或納米粒子，共混后形成均勻溶液，再通過靜電紡絲制備納米纖維，經(jīng)高溫煅燒后去除有機(jī)成