論文趙紫東畢業(yè)

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1、1.1靜電紡絲靜電紡絲就是高分子流體靜電霧化的特殊形式，此時霧化分裂出的物質(zhì)不是微小液滴,而是聚合物微小射流，可以運行相當(dāng)氏的距離，最終固化成纖維。1.1.1靜電紡絲的原理靜電紡絲是一種特殊的纖維制造工藝，聚合物溶液或熔體在強電場屮進(jìn)行噴射紡絲。在電場作用下，針頭處的液滴會由球形變?yōu)閳A錐形（即“泰勒錐”），并從圓錐尖端延展得到纖維細(xì)絲。這種方式可以生產(chǎn)出納米級直徑的聚合物細(xì)絲。圖1-1靜電紡絲原理圖1.1.2靜電紡絲的現(xiàn)狀通過靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維材料是近十幾年來世界材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最重要的學(xué)術(shù)與技術(shù)活動之一。靜電紡絲并以其制造裝置簡單

2、、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控等優(yōu)點，己成為有效制備納米纖維材料的主耍途徑之一。靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)制備了種類豐富的納米纖維，包括有機、有機/無機復(fù)合和無機納米纖維。然而，利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維還面臨一些需要解決的問題。首先，在制備有機納米纖維方面，用于靜電紡絲的天然高分子品種還十分有限，對所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能的研究不夠完善，最終產(chǎn)品的應(yīng)用大都只處于實驗階段，尤其是這些產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還存在較大的問題。其次，靜電紡有機/無機復(fù)合納米纖維的性能不僅與納米粒子的結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與納米粒子的聚集方式和協(xié)同性能、聚合物基體的結(jié)構(gòu)性能、粒子與

3、基體的界面結(jié)構(gòu)性能及加工復(fù)合工藝等有關(guān)。如何制備出適合需要的、高性能、多功能的復(fù)合納米纖維是研究的關(guān)鍵。此外，靜電紡無機納米纖維的研究基本處于起始階段，無機納米纖維在高溫過濾、高效催化、生物組織工程、光電器件、航天器材等多個領(lǐng)域具有潛在的用途，但是，靜電紡無機納米纖維較大的脆性限制了其應(yīng)用性能和范圍，因此，開發(fā)具有柔韌性、連續(xù)性的無機纖維是一個重要的課題。1.1.3靜電紡絲的應(yīng)用隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲作為一種簡便有效的可生產(chǎn)納米纖維的新型加工技術(shù),將在生物醫(yī)用材料、過濾及防護(hù)、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。在生

4、物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米纖維的直徑小于細(xì)胞，可以模擬天然的細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和生物功能；人的大多數(shù)組織、器官在形式和結(jié)構(gòu)上與納米纖維類似，這為納米纖維用于組織和器官的修復(fù)提供了可能；一些電紡原料具有很好的生物相容性及可降解性，可作為載體進(jìn)入人體，并容易被吸收；加之靜電紡納米纖維還有大的比表而積、孔隙率等優(yōu)良特性，因此，其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引起了研究者的持續(xù)關(guān)注，并已在藥物控釋、創(chuàng)傷修復(fù)、生物組織工程等方面得到了很好的應(yīng)用。纖維過濾材料的過濾效率會隨著纖維直徑的降低而提高，因而，降低纖維直徑成為提高纖維濾材過濾性能的一種有效方法。靜電紡纖維除直徑小Z外，還

5、具有孔徑小、孔隙率高、纖維均一性好等優(yōu)點，使其在氣體過濾、液體過濾及個體防護(hù)等領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。靜電紡纖維能夠有效調(diào)控纖維的精細(xì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合低表面能的物質(zhì)，可獲得具有超疏水性能的材料，并有望應(yīng)用于船舶的外殼、輸油管道的內(nèi)壁、高層玻璃、汽車玻璃等。但是靜電紡纖維材料若要實現(xiàn)在上述自清潔領(lǐng)域的應(yīng)用，必須提高其強力、耐磨性以及纖維膜材料與基體材料的結(jié)合牢度等。具有納米結(jié)構(gòu)的催化劑顆粒容易團(tuán)聚，從而影響其分散性和利用率，因此靜電紡纖維材料可作為模板而起到均勻分散作用，同吋也可發(fā)揮聚合物載體的柔韌性和易操作性，還可以利用催化材料和聚合物微納米尺

6、寸的表面復(fù)合產(chǎn)生較強的協(xié)同效應(yīng)，提高催化效能。靜電紡納米纖維具有較高的比表面積和孔隙率，對增大傳感材料與被檢測物的作用區(qū)域，有望大幅度提高傳感器性能。此外，靜電紡納米纖維述可用于能源、光電、食品工程等領(lǐng)域。1.1.4靜電紡絲的發(fā)展方向靜電紡絲技術(shù)在構(gòu)筑一維納米結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域己發(fā)揮了非常重要的作用，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)成功的制備出了結(jié)構(gòu)多樣的納米纖維材料。通過不同的制備方法，如改變噴頭結(jié)構(gòu)、控制實驗條件等，可以獲得實心、空心、核-殼結(jié)構(gòu)的超細(xì)纖維或是蜘蛛網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二維纖維膜；通過設(shè)計不同的收集裝置，可以獲得單根纖維、纖維束、高度取向纖維或無規(guī)取

7、向纖維膜等。但是靜電紡絲技術(shù)在纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控方面還面臨一些挑戰(zhàn)：首先，要想實現(xiàn)靜電紡纖維的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，就必須獲得類似于短纖或者連續(xù)的納米纖維束，取向纖維的制備為解決該問題提供了一條有效的途徑，但是距離目標(biāo)還有不少差距，今后的工作就要設(shè)法通過改良噴頭、接收裝置以及添加輔助電極等使纖維盡可能伸直并取向排列，獲得綜合性能優(yōu)異的取向纖維陣列。其次，作為靜電紡納米纖維全新的研究領(lǐng)域一納米蛛網(wǎng)的研究還在初期階段，納米蛛網(wǎng)的形成過程的理論分析和模型建立尚紺深入研究。此外，要想提高靜電紡纖維膜在超精細(xì)過濾領(lǐng)域的應(yīng)用性能，就必須降低纖維的直徑，如何將纖維平均直

8、徑降低到20nm以下是靜電紡絲技術(shù)面臨的一個挑戰(zhàn)；要想提高纖維在傳感器、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用性能，通過制備具有多孔或屮空結(jié)構(gòu)的納米纖維來提高纖維的比表面積是一種有效方法，但仍需進(jìn)一步