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1、靜電紡絲法制備納米材料材加2012-A1班：周孟宇曹陽付晨胡日靜電紡絲的歷史靜電紡絲的原理及相關(guān)概念靜電紡絲的設(shè)備和特點靜電紡絲的應(yīng)用目錄1934年Formhals1966年Simons1971年Baumgarten1981年Larrondo和Manley首次在專利中提出該技術(shù)。他設(shè)計了一套聚合物溶液在強(qiáng)電場下的噴射進(jìn)行紡絲的加工裝置。專利中敘述了用靜電紡絲技術(shù)制備超細(xì)超輕無紡布的裝置，且發(fā)現(xiàn)粘度高時，纖維連續(xù)，粘度低時，纖維短且細(xì)。設(shè)計了一套裝置，可以制備直徑在0.05-1.1微米的丙烯酸纖維?？疾炝死w維直徑與溶液黏度、射流長度
2、及環(huán)境氣體組分之間的關(guān)系。將聚乙烯和聚丙烯熔體紡成連續(xù)的纖維，研究發(fā)現(xiàn)，直徑取決于電場，操作溫度和熔融體粘度，與噴絲嘴直徑無明顯關(guān)系。靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展歷史簡單的說，靜電紡絲就是將聚合物溶液或熔體帶上高壓靜電,帶電聚合物液滴在電場的作用力下在毛細(xì)管的頂點形成Taylor錐。當(dāng)電場力足夠大時，聚合物液滴就可以克服表面張力形成噴射細(xì)流，細(xì)流在噴射過程中溶劑蒸發(fā),產(chǎn)品最終落在接收裝置上，形成類似非織造布狀的纖維氈。靜電紡絲的原理電噴技術(shù)：在高壓靜電場下，導(dǎo)電液滴能夠發(fā)生高速噴射的現(xiàn)象。靜電紡絲：可以認(rèn)為是帶電射流電霧化的一種變形，當(dāng)液體
3、的粘度較小時，射流在受到電場力的作用后破裂為許多細(xì)小的液滴，液滴的直徑介于微米和納米之間，當(dāng)液滴的粘度較大時，就會形成纖維。泰勒錐：隨著電場力的增加，液滴逐漸被拉長，當(dāng)所施加的電場力的數(shù)值與液滴的表面張力相等時，液滴就形成了頂角為49.3°的圓錐，被命名為“泰勒錐”。相關(guān)概念靜電紡絲裝置圖靜電紡絲的基本設(shè)備包括：高壓電源、噴絲頭和接收裝置。紡絲液通過注射泵從噴絲頭中擠出形成小滴，小滴在高壓電作用下變成錐形，在超過某一臨界電壓后進(jìn)一步激發(fā)形成射流，射流在空氣中急劇震蕩和鞭動，從而拉伸細(xì)化，最終沉降在接收裝置上。基本設(shè)備高壓電源高壓電
4、源提供產(chǎn)生紡絲液射流的高壓電，電源的兩極分別連接在噴絲頭和接收裝置。根據(jù)電源性質(zhì)的不同，可分為直流和交流高壓電源兩種，都可用于靜電紡絲。直流高壓電在電紡過程中通常采用感應(yīng)充電的方式，即將直流高壓電直接接在噴絲頭上，接收裝置接地或反之。電壓極性對紡絲過程影響不大，實驗室多采用高壓正電紡絲。交流電電紡可顯著提高射流鞭動的穩(wěn)定性，纖維變粗但有序性增加，同時也可在絕緣的接收裝置上有較大的接收面積。但在紡絲過程中交流電頻率不易調(diào)整（要考慮每次的實驗條件：溫濕度、溶液性質(zhì)等）。噴絲頭噴絲頭的作用就是在紡絲過程中產(chǎn)生紡絲小液滴，提供射流激發(fā)位點
5、。一般分為無針頭和針頭兩種不同的噴絲體系，其中針頭體系根據(jù)針頭數(shù)量和形式的不同，還可以進(jìn)一步分為單頭、同軸、并列、多頭等不同的形式。1、無針頭體系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激發(fā)位點。2、針頭體系。1）單針頭單針頭最常見，根據(jù)需要可選擇不同型號的針頭。2）同軸針頭同軸電紡的一個優(yōu)點在于可以突破單頭體系的限制，將一些難以直接電紡的聚合物通過同軸電紡裝置制備納米纖維。另一個優(yōu)勢是通過將核層選擇性移除，還可以制備中空納米纖維結(jié)構(gòu)。3）并列式針頭并列式針頭體系是一種結(jié)構(gòu)簡單卻易于實現(xiàn)功能化納米纖維制備的噴絲頭體系。它將不
6、同的聚合物溶液通過緊密靠在一起的并列式針頭同時進(jìn)行射流激發(fā)，在電紡過程中平行射流融合，得到多根纖維互相連接的束狀單根纖維，因此特別適合制備雙組份聚合物纖維。并列式針頭4）多針頭在并列式針頭裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增大針頭間的距離就發(fā)展為多可針頭體系，針頭數(shù)量從2個到十幾個不等，也稱為平行電紡。多針頭紡絲體系2、輔助接收裝置在射流鞭動細(xì)化過程中，主要受到電場力的作用，因此通過引入接收裝置改變電場形狀或者引入其他場如磁場，就能調(diào)控射流運(yùn)動軌跡，達(dá)到可控收集的目的。環(huán)形電極輔助接收裝置單針頭納米纖維同軸納米纖維靜電紡絲的特點+kv控制纖維取
7、向溶液濃度(離子和聚合物)推進(jìn)器的速度電場強(qiáng)度收集器的形狀收集器的運(yùn)動外加磁場控制纖維直徑靜電紡絲的特點空心CFO纖維PZT芯CFO殼纖維CFO芯PZT殼纖維控制纖維結(jié)構(gòu)靜電紡絲的應(yīng)用——電池和電極材料以鋰離子電池為例，靜電紡能很好的改變其性能。將PAN的靜電紡絲和惰性氣體下的熱處理巧妙的結(jié)合起來，制備出高純的碳納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，這種碳納米纖維能夠很好的改善鋰離子電池（LiB）的電容率。因此，此碳納米纖維是高功率LiB的理想陽極材料。用同軸靜電紡絲法制備出復(fù)合納米纖維，然后將紡出的纖維浸在正辛烷中，以除
8、去纖維中的油，之后將其在Ar/H2氛圍中1000℃煅燒5h，最終得到包含有Sn和碳的中空碳納米纖維，這種復(fù)合物在0.5C循環(huán)200次后展現(xiàn)出高達(dá)737mAh/g的可逆電容。作為電池材料具有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。此外，這種含有Sn和碳的中空碳納米纖
