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静电纺丝的研究进展
作者：李山山， 何素文， 胡祖明， 于俊荣， 陈蕾， 诸静
作者单位：东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海,201620
刊名：
合成纤维工业
英文刊名：CHINA SYNTHETIC FIBER INDUSTRY
年，卷(期)：2009，32(4)
被引用次数：0次
参考文献(27条)
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1.期刊论文姚永毅.朱谱新.叶海.钮安建.高绪珊.吴大诚.YAO Yongyi.ZHU Puxin.YE Hai.NIU Anjian.GAO Xushan
.WU Dacheng静电纺丝法和气流-静电纺丝法制备聚砜纳米纤维-高分子学报2005,""(5)
应用电纺法制备了聚砜纳米纤维.设计了一种新型的气流/静电纺丝装置,其特点是在喷丝头上添加了喷气组件.电纺过程中所用聚砜的特性粘数为0.97 dL/g,溶剂为二甲基乙酰胺,载气为氮气.研究了聚砜纳米纤维的平均直径与过程参数之间的关系.研究表明影响聚砜纳米纤维的平均直径的主要因素为电压、纺丝液的流速、喷丝头与收集器之间的距离、操作温度以及纺丝液的性质(如粘度、表面张力和电导率).纳米纤维的平均直径和直径分布用扫描电镜表征.应用这种气流/静电纺丝法制备的纳米纤维的直径范围是50～500nm.所得纳米纤维的直径依赖于电压、喷丝头与收集器之间的距离以及喷丝液的浓度.结果表明,采用气流/静电纺丝不仅能制备较细而且均匀的纳米纤维,而且产量更高.
2.学位论文姚永毅静电纺丝法制备聚合物纳米纤维及其应用2004
本文对国内外静电纺丝法制备聚合物纳米纤维的研究进行了系统分析,提出设计和制造实验静电纺丝机的设想.通过设计,制造出标准静电纺丝机原型机.在标准静电纺丝机原型机的基础上,发展了一种新型的静电纺丝机—气流/静电纺丝机.改进了标准静电纺丝机的喷丝头,增加了气流喷射系统.提出聚合物纳米纤维的气流/静电纺丝法.利用气流/静电纺丝机制备出几种常规的成纤聚合物,如聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)和聚砜(PSU)等的纳米纤维.以聚砜为模型聚合物,对气流/静电纺丝法制备聚合物纳米纤维时的工艺条件进行了系统的研究.研究结果表明:气流/静电纺丝法与标准静电纺丝法一样,能用于制备聚合物纳米纤维、且产量有明显的提高.其过程参数对纳米纤维的直径有明显的影响.
3.期刊论文崔启征.董相廷.于伟利.王进贤.王慧茹.杨晓峰.于晓辉.Cui Qizheng.Dong Xiangting.Yu Weili. Wang Jinxian.Wang Huiru.Yang Xiaofeng.Yu Xiaohui静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展-稀有
金属材料与工程2006,35(7)
静电纺丝技术近年来在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是最简单有效的方法之一,已经用这种方法成功地制备了不同的纳米纤维.本文对静电纺丝法做了较全面的总结,对机理和改进方法进行了介绍,对影响因素做了细致的分析,还对无机纳米纤维的应用做了简单的展望.
4.学位论文潘超基于静电纺丝技术的纳米纤维制备及其应用2007
由于一维(1D)纳米纤维具有独特的理化性质，因此它在很多领域都有重要的应用价值。目前用于制备1D纳米纤维结构的方法很多，其中包括气相蒸发法、模板法、溶剂热合成和静电纺丝法等。在这些制备方法中，因为静电纺丝技术能够制备形貌和结构可控的纳米纤维，同时它还具有设备投资小、工艺流程简单以及原料选择范围宽等优点，所以近年来它得到了越来越多的研究。然而，在静电纺丝技术中还存在着不足，如制备过程参数可控性差以及纳米纤维的功能性少等问题。
本论文从完善静电纺丝技术的角度出发，通过自主设计和开发新型得静电纺丝装置，制备了多种功能型纳米纤维材料，从而拓宽了纳米纤维的应用领域，主要研究工作包括：
(一)搭建了一台静电纺丝装置，通过控制电纺过程参数制备了珠状和表面多孔形貌的聚苯乙烯纤维，并利用电纺过程中的不稳定性机制和相分离机制对其形成原因进行了探讨。设计了独特的二维阵列式电纺纳米纤维接受装置，采用该收集装置得到了定向、交叉结构的纳米纤维。
(二)结合溶胶-凝胶方法和静电纺丝技术制备了多种形貌和不同直径的TiO2纳米纤维。这种纳米纤维具有非常稳定的超双亲(亲水、亲油)特性、自清洁性和光催化活性。
(三)采用静电纺丝技术制备了自由无支撑的碳纳米纤维担载TiO2新型光催化材料。解决了TiO2纳米纤维在光催化应用中必须负载到基片的问题，同时碳纳米纤维担载TiO2复合纳米纤维具有高机械性能和光催化性能。
(四)采用静电纺丝技术制备了可用于产生极紫外光(EUV)的低密度二氧化锡(SnO2)纳米纤维靶材料。实验结果表明SnO2纳米纤维具有比Sn金属板更强的极紫外光发射强度以及EUV光源碎片少的优点。
(五)提出了静电纺丝技术与LbL技术相结合的一种新的制备中空纳米纤维的方法，采用该方法得到了PE/TiO2和MWCNTs/聚电解质两种有机/无机复合中空纳米纤维。
5.期刊论文王璐璐.佘希林.袁芳.Wang Lulu.She Xilin.Yuan Fang静电纺丝制备复合纳米纤维研究进展-微纳电
子技术2008,45(7)
静电纺丝技术近年来在制备纳米纤维领域得到广泛应用,目前已成功制备出多种不同类型的纳米纤维,尤其在制备复合纳米纤维方面取得了显著成果,被认为是制备纳米纤维最有效的方法之一.总结了静电纺丝技术制备纳米纤维,特别是制备复合型纳米纤维方面的最新研究报道,如天然高分子复合纳米纤维、聚合物复合碳纳米管纤维、聚合物复合金属纳米纤维、共聚物纳米纤维以及无机复合纳米纤维等.静电纺丝纳米纤维将在生物医药、电子光学、制备复合材料等多个领域得到广泛应用.
6.期刊论文张双虎.徐淑芝.董相廷.王进贤.ZHANG Shuanghu.XU Shuzhi.DONG Xiangting.WANG Jinxian静电纺丝
技术制备PVP空心纳米纤维与表征-长春理工大学学报（自然科学版）2007,30(4)
采用静电纺丝技术,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、无水乙醇和纯芝麻油为原料,成功地制备出亍PVP空心纳米纤维.用TGA-DTA,SEM.FTIR,XRD等分析手段对产物进行了表征.结果表明,所得产物为PVP空心纳米纤维.空心纤维的平均外径300nm,平均内经240nm,平均管壁厚度30nm,长度可达几十微米至几百微米,并对其形成机理进行了讨论.该技术可以用来制备其它高分子空心纳米纤维.
7.学位论文黄恒梅静电纺丝法制备聚芳硫醚纳米纤维2007
静电纺丝的基本过程是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动并发生形变，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维状物质。静电纺丝法制备的纤维直径在1～1000nm尺度范围，纳米纤维的结构特征赋予其一些独特的性能，使其在很多领域都有潜在应用前景，如纤维变小后吸附能力大大提高可用作高效的过滤材料。
在当前对静电纺丝技术的研究中，更多的研究者关注静电纺丝得到的纳米纤维的应用方面研究，而关于基本原理的研究则主要是Reneker和Hohman两人分别所在的研究小组，他们分别建立静电纺丝模型。Shenoy、McKee和Yarin等研究了溶液性质与纤维形成的关系。在当前静电纺丝技术基础方面研究所选用的实验体系都是低沸点溶剂配制的聚合物溶液体系，高沸点溶液体系则鲜有报道。
本文采用新型的聚芳硫醚砜(PASS)和全间位聚芳硫醚砜酰胺(PASSA)树脂进行静电纺丝研究，由于这类树脂仅能溶解于某些强极性的高沸点溶剂，因而本文对高沸点溶液体系的纺丝工艺以及该体系对可纺性和纤维形态的影响进行了深入探讨：
1、组装并改进了静电纺丝设备。在传统静电纺丝机中引入了环境温度控制部件，并应用于高沸点溶液体系成功制备了PASS和PASSA纳米纤维无纺布；用旋转辊筒接收方式制备具有不同纤维取向度的PASSA纳米纤维无纺布。
2、考察并分析了溶液的流变性能、导电率、表面张力、溶剂挥发速率与溶液可纺性的关系，发现溶液流变性能和溶剂挥发速率对溶液是否可纺以及串珠形成的影响较大。
用不同分子量PASS树脂制备了PASS/(苯酚+四氯乙烷，体积比2：3)纺丝溶液，在一定工艺条件下进行可纺性实验，发现可纺性有实数粘度η’依赖性，存在一临界粘度值(0.7-0.9Pa.s之间)，大于这一临界值的溶液可纺得串珠纤维；制备了PASS/NMP纺丝溶液，当温度为15℃，PASS/NMP时溶液不可纺，而溶液温度为100℃时，提高了溶剂挥发速率而可纺得到串珠纤维。
用特性粘数为0.6891的PASSA树脂分别溶解于DMF和NMP制备纺丝溶液，在21-29wt％浓度范围的PASSA/DMF溶液纺得的都是无串珠的纳米纤维；虽然PASSA/NMP溶液与PASSA/DMF溶液的流变性能相近，但高沸点的NMP的体系却只能得到串珠纤维。
3、探索控制纤维直径的方法，发现通过控制溶液的浓度和选用不同溶剂挥发速率的溶剂制备纺丝溶液两种方法都可以有效控制纳米纤维的直径。通过设计正交实验考察了聚合物溶液浓度、纺丝环境温度、喷嘴与接收屏的距离、应用电压、流量等五种可控纺丝工艺参数对纤维平均直径大小的影响
，发现浓度对纤维平均直径的影响最大；高沸点的PASSA/NMP体系得到的纳米纤维平均直径比具有相同流变性能的PASSA/DMF小，可见选用不同蒸发速率的溶剂也是一种控制纳米纤维平均直径的方法。
8.期刊论文迟蕾.姚永毅.李瑞霞.高绪珊.吴大诚静电纺丝方法制备纳米纤维的最新进展-纺织科技进展
2004,""(5)
综述了电纺制备纳米纤维的基本原理和最新发展,简要回顾了纳米纤维静电纺丝的发展历史,详细阐述了纳米纤维静电纺丝制备方法的最新进展.对文献报道的越来越多聚合物采用静电纺丝法制备纳米纤维,在静电纺丝中要想得到优良的纳米纤维,过程参数十分重要.此外,对各国研究者最近发展的几种新型的静电纺丝装置也进行了讨论.
9.学位论文覃小红PAN、PVA静电纺纳米纤维的机理及喷头装置的研究2005
静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。静电纺丝过程不是最近才发明的，然而对静电纺丝的大量实验、理论工作，却是近10年才开始进行的。本文在此研究基础上，对PAN、PVA静电纺纳米纤维的机理、工艺进行了深入系统的研究，并研制了新型静电纺喷头装置。
本文对于工艺参数的研究，选取了聚丙烯腈（PAN）和聚乙烯醇（PVA）作为研究对象来进行静电纺丝。首先，通过纺制聚丙烯腈（PAN）纳米纤维毡来研究溶液质量分数、电压、针孔孔径、加入盐的含量、接受距离等参数对纤维直径的影响，采用扫描电镜来观察纤维的直径及其形态。对工艺参数进行正交试验设计法，通过计算分析，确定了质量分数与纺丝液中盐的含量是影响纤维直径最重要的参数。实验中发现对于聚丙烯腈纳米纤维来说，电解质LiCl的加入对于顺利纺制纳米纤维是极其重要的。同时发现在能正常纺丝的前提下，加入聚丙烯腈的质量分数越小，纺制出的纳米纤维直径越小；纺丝液中LiCl的含量为1％时纺制纳米纤维的效果最好。文中采用DSC及X—衍射来对纳米纤维结构进行分析，发现不同的LiCl含量并没有影响纳米纤维的热性能及结晶度、结晶速率等；在固定LiCl质量分数为1％的情况下，对不同质量分数静电纺纤维的X衍射图作了比较，随质量分数降低，2θ为17°附近的衍射峰逐渐退化。其次，研究了纺丝液质量分数与纺丝液中LiCl的含量对聚乙烯醇（PVA）纳米纤维形态及直径大小、分布的影响，发现纤维直径大小随纺丝液质量分数的增加而显著增大，同时也发现LiCl的含量增多时纤维直径增大。结论与纺制PAN纳米纤维的情况大体一致。所不同的是增加纺丝液质量分数或增加LiCl的含量，PVA纳米纤维中的串珠现象逐渐消失。
本文的理论工作是通过研究工艺参数得到的结论（纺丝液中盐的含量即纺丝液的导电性是静电纺丝最有影响的工艺参数之一），研究了纺丝液的导电性对静电纺纳米纤维的作用机理。将聚丙烯腈溶液（PAN/DMAC溶液）配制成不同浓度，并分别不添加盐和加入不同种类盐（LiCl； NaNO3；NaCl；CaCl2）来测试溶液导电性，发现溶液的导电性的大小排列顺序为：LiCl>NaNO3>CaCl2>NaCl>无盐。其中LiCl对溶液的导电率的影响程度最大．同时，实验中发现盐的加入会微量影响溶液粘度与剪切应力，在纺丝液浓度为4wt％时，盐的加入会使纺丝液的粘度及剪切应力略有上升，而在纺丝液浓度大于
4wt％时，盐的加入均使纺丝液的粘度及剪切应力略有下降。但远远小于纺丝液自身浓度的变化对粘度及剪切应力的影响。由此得出聚丙烯腈溶液粘度及剪切应力总体仍因浓度变化而变化的结论。文中提出了静电纺丝中从部分电荷到满电荷时情况下纤维半径 r沿纤维轴向z变化的量纲关系的规律，其中，若满表面电荷由公式r～z—0．5表示，则推导出部分表面电荷时指数变大的结论。并采用PAN/DMAC溶液来验证了这个规律，氯化锂（LiCl）用来控制表面电荷。实验说明了射流沿轴向半径的变化依赖于盐的含量，发现少量盐的加入明显增加了纤维的直径，本实验的理论预测与实验数据相当吻合。同时，对射流稳定长度随射流表面电荷的增加而减小的规律给出了理论推导。同样采用用PAN/DMAC溶液来验证了这个规律，氯化锂（LiCl）用来控制表面电荷。实验说明了随着溶液导电率的增加，射流的稳定长度变短，静电纺丝的不稳定现象提早发生。
本文自主设计了新型静电纺喷头装置，与传统实验室所用的有针头的静电纺喷头装置进行比较，该工艺能同时产生多根纳米纤维，产量增加了多倍。论文中对新型静电纺丝工艺的理论进行了研究，从理论上推导了电场强度与纺丝液表面张力的关系式，同时也推导了能纺出纳米纤维的临界电压与场强及表面张力间的关系式，并发现与传统静电纺丝的关系式比例关系一致，而系数不同。论文对新型静电纺丝纤维沉积形态进行了系统研究，从纳米纤维沉积的形态图来看，传统的静电纺丝工艺由于只有一根纤维产生，所以沉积形态图上为单一的一个圆环；而采用本论文研发的新工艺后，同时有多根射流出现，并且可以从沉积形态图上清晰辨别射流根数，并得出了射流根数与工艺参数之间的规律，发现射流数目随着电压的增加而增多，而随溶液浓度的增加而降低的。论文同时对新型静电纺丝的工艺参数（纺丝液浓度、接受距离及电压）进行了系统研究，得出纤维细度与工艺参数的关系，并分析了串珠形成原因。论文还对新型静电纺丝小样机进行了成功试制。能够生产直径范围在80nm-1000nm、宽度30cm、长度无限长的环保型纳米纤维毡。
本文对静电纺纳米纤维进行了初步的应用研究，研究了纳米纤维的过滤性能。通过一系列实验，测试了纳米纤维孔径、过滤效率、过滤阻力（压力降）。将纳米纤维层铺在基布（纺粘无纺布）上复合后，分别测试复合体孔径及基布孔径，发现纳米纤维层的孔径比基布孔径约小于两个数量级，并且纳米纤维层孔径分布均匀，离散度小。同时发现在基布上铺上纳米纤维层复合后，过滤效率明显增加，压力降也明显增加。其中，在克重为15 g/㎡、过
滤效率为30％、压力降为35Pa的熔喷无纺布上铺上克重为2．4 g/㎡的纳米纤维层复合后，过滤效率能达到100％，但相应的压力降增加到1530Pa。同样的结果也出现在纺粘无纺布与纳米纤维层复合体上。
10.期刊论文董相廷.刘莉.王进贤.刘桂霞.DONG Xiang-Ting.LIU Li.WANG Jin-Xian.LIU Gui-Xia静电纺丝技术
制备Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维及其表征-高等学校化学学报2010,31(1)
采用静电纺丝技术制备了PVA/[Y(NO_3)_3+Yb(NO_3)_3+Er(NO_3)_3]复合纳米纤维, 将其在适当的温度下进行热处理, 得到
Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维. XRD分析表明, 复合纳米纤维为无定形, Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维属于体心立方晶系, 空间群为Ia3. SEM分析表明, 复合纳米纤维的平均直径约为150 nm;随着焙烧温度的升高, 纤维直径逐渐减小. 经过600 ℃焙烧后, 获得了直径约60 nm的
Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维. TG-DTA分析表明, 当焙烧温度高于600 ℃时, 复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕, 样品不再失重, 总失重率为83%. FTIR分析表明, 复合纳米纤维与纯PVA的红外光谱一致, 当焙烧温度高于600 ℃时, 生成了Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维. 该纤维在980 nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为521, 562 nm的绿色和656 nm的红色上转换荧光, 分别对应于 Er~(3+)离子的
~2H_(11/2)/~4S_(3/2)→~4I_(15/2)跃迁和~4F_9/2→~4I_(15/2)跃迁. 对Y_2O_3:Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维的形成机理进行了讨论.
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静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 * (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米 纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:0367-6358(2005)05-313-04 Electrospinning Technique and Its Application SHI Q-i song, YU Jian -xiang, GU Ke -zhuang, MA Chun -bao, LI U Ta-i qi * (De partment of Mate rial Scie nce and Enginee ring ,Be ijing Inst itute o f Petro -c he mic al Tec hnology ,Bei j ing 102617,China) Abstract :Electrospinning is a new technique,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper,the theory of electrospinning technique,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique,such as the preparation of micro nano tubes with controlled lengths and super -purification filtering materials,was reviewed. Key words :nanometer material;nanofiber;electrospinning;application 收稿日期:2003-11-14;修回日期:2004-01-12 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR -016002)作者简介:师奇松(1977~),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E -mail:liutaiqi@https://www.doczj.com/doc/a011541713.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的方法 [1-3] 。 1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是Taylor 锥。当电场力
BI YE SHE JI （二零届） 静电纺丝法制备聚丙烯腈基碳纤维 所在学院 专业班级纺织工程 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月
摘要：静电纺丝是制备超细纤维和纳米纤维的重要方法。无论对于天然还是合成聚合物，它都能适用，并可获得直径从几十纳米至几微米不等的纳米级纤维。碳纤维具有优异的物理和化学特性，在复合材料、电子器件、储氢等领域极具应用价值。 本文以聚丙烯腈为原料，二甲基甲酰胺为溶剂，利用静电纺丝装置，采用静电纺丝的方法制备超细的聚丙烯晴基纤维膜，再经预氧化和碳化制得碳纤维。用数码相机图片研究静电纺丝法制备聚丙烯晴基纤维的影响因素，用扫描电子显微镜（SEM）观察纤维膜的形态结构，单纤维电子强力仪等仪器测定纤维的力学性能，结果表明：纤维的直径随着电压的升高，收集距离的增大而变细，随着纺丝液浓度的增加而变粗。处理后聚丙烯晴碳纤维刚度变大，最大应力和断裂伸长呈下降的趋势，有利于作为高强度材料的复合材料。 关键词：静电纺丝；聚丙烯腈基碳纤维；影响因素；力学性能
The Preparation of polyacrylonitrile-based carbon fibers by electrospinning Abstract：Electrospinning is an attractive method of producing fibers from both natural and synthetic polymer with diameters ranging from scores of nanometers to several micrometers. Carbon fiber has a potential application in composite materials, electronic devices, hydrogen storage and other areas due to its excellent physical and chemical properties. The ultrafine polyacrylonitrile-based fiber membrane was prepared by electrospinning, pre-oxidation and carbonization. The polyacrylonitrile was as raw material and the dimethyl formamide was as the solvent. The effects on the preparation of polyacrylonitrile-based fiber membrane by electrospinning were studied using digital camera images. By using scanning electron microscopy(SEM) and single fiber strength tester, the morphologies and mechanical properties of fiber membrane, were also researched. The results show that the diameter of the fiber decrease with the higher of the applied voltage, the longer of the collection distance and the lower of the eletrospinning solution concentration. The stiffness of treated polyacrylonitrile carbon fiber becomes larger, the maximum stress and elongation show a downward trend and can be a candidate for high-strength composite materials. Keywords: Electrospinning; polyacrylonitrile-based carbon fiber; effects; mechanical properties
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士生课程论文 题目静电纺丝法简介 学生姓名张辉华 学号133511018 指导教师秦毅红 学院冶金与环境学院专业冶金工程 完成时间2014.5.27
静电纺丝法简介 摘要：静电纺丝法是聚合物溶液或熔体在静电作用下进行喷射拉伸而获得纳米级纤维的纺丝，作为一种新颖的纳米纤维制备方法，具有许多一般纳米纤维制备法没有的优点，在国内外一直引起广泛的关注。本文主要是介绍了静电纺丝的基本原理以及研究重点，同时简要地介绍了此方法在电池材料一起其他材料上的应用。 前言 静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出, 随后的相当长一段时间又有多项专利出现。近年来，随着纳米材料研究的兴起，人们发现由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级，使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前, 主要是从事材料、化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝。 1 静电纺丝实验装置与基本原理 1.1 电纺过程 所需设备高压电源，溶液储存装置，喷射装置( 如内径 1 mm 的毛细管) 和收集装置( 如金属平板、铝箔等) 。图1为传统的单纺装置。 图1 经典的静电纺丝装置示意图
高压静电场(一般在几千到几万伏) 在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差，使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体) 克服自身的表面张力和粘弹性力，在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着电场强度增加，液滴被拉成圆锥状即Taylor锥。当电场强度超过一临界值后，将克服液滴的表面张力形成射流(一般流速数m/s)，在电场中进一步加速，直径减小，拉伸成一直线至一定距离后弯曲，进而循环或者循螺旋形路径行走，伴随溶剂挥发或熔融体冷却固化，终落在收集板上形成纤维，直径一般在几十纳米到几微米之间。 除去传统的单纺丝还有其他的一些纺丝方式，如同轴静电纺丝，共轴复合纺丝就是将两种不同聚合物溶液预先不经混合, 而是各自在电场力的驱动下共轴 喷射经过同一个毛细管或注射器针头出口，得到连续的复合纤维的方法，该纤维具有核-壳结构。共轴复合纺丝设备如图2(a)所示，核-壳结构纤维如图2(b)所示。 图2 同轴纺丝和复合纤维形貌 同轴纺丝能直接接一步制备复合微/纳米线，可以制备医用复合纳米线、空心纳米管，这种方法制备出来的材料品质要明显优于涂覆法制备的材料。此外可以将碳纳米管与挥发性溶剂混合液用作内纺液, 将聚合物溶液用作外纺液, 利用溶剂的挥发性就可以携带碳纳米管渗透到外层聚合物中, 形成连续的碳纳米管增强 的复合纳米纤维。
TiO2纳米纤维薄膜的制备及其光催化研究杭州师范大学材料与化学化工学院应化081班 应用化学专业林洁指导老师：叶映雪 摘要二氧化钛是对光催化非常有用的最好半导体光催化剂中的一种。在这篇文献中，我们通过快速淬灭的静电纺丝处理过程来制备二氧化钛纳米纤维薄膜。制备的薄膜由连续的并且多孔的锐钛矿二氧化钛纳米纤维组成，该纳米纤维的直径大小为60-115nm。同时，我们得到了一种最佳的淬灭方法。光催化测量研究表明，锐钛矿TiO2纳米纤维薄膜的光催化效率为72%，这远远高于锐钛矿TiO2薄膜的光催化效率（44%）。我们认为，大的而且特殊的表面积大大地提高了光催化反应性能，同时，较好的形状保留特性使其具有了很好的恢复性和实用性能。在这里，我们将讨论其对环境净化的潜在应用。 关键词纤维技术静电纺丝纳米材料纳米纤维光催化活性 1.引言 由于二氧化钛具有很高的光活性、久耐光性、化学和生物惰性、机械稳固性和价格低廉等优点，其过去常常被认为是可作为光催化[1]的最好半导体光催化剂中的一种。由于光催化反应主要发生在催化剂的表面，高的表面积和体积比对于增加分解速率具有非常重要的意义。TiO2纳米粒子和纳米晶状薄膜已经展示了非常高的光催化活性[2,3]。就这些形式的TiO2而言，虽然已经取得了很大进展，但是纳米粉末具有很低的恢复性和回收利用性限制，纳米薄膜具有很小的接触面积，故此将其用于商业用途还存在着很大瓶颈。纳米纤维有望解决这些问题，因为其结合了纳米粉末和薄膜两者的特点，如连续性和容易制备成多孔透气的纳米纤维薄膜，同时又是由纳米晶体构成的[4]。然而，据我们所知，先前的研究主要聚焦于利用静电纺丝制备技术制备TiO2纳米纤维[5,6]，虽然在250nm TiO2纤维[16]方面已经做了很多工作，但是对于直径小于100nm的TiO2纳米纤维的光催化性质却只有非常少的经验研究。 制备TiO2纳米粉末[7,8]\、纳米管[9]和纳米线[10]的方法有很多种，但是用于制备TiO2纳米纤维却仅仅只有几种，如静电纺丝技术[5]\、水热法[11]等等。其中，静电纺丝技术可用于制备直径从几十到几百纳米[12]连续变化的纤维方面，而且已经成为了一种成熟的方法，从而很容易得到用于水净化的多孔透水纳米纤维薄膜。 在这篇文献中，通过使用快速淬灭过程的静电纺丝处理技术以制备TiO2纳米纤维纤维
静电纺丝技术及其应用 师奇松, 于建香, 顾克壮, 马春宝, 刘太奇 3 (北京石油化工学院材料科学与工程系,北京102617) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1纳米。介绍了电 纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺丝技术应用的最新进展,如制备长度无限可控的微米Π纳米管子、超净纳米过滤材料等。关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝;应用中图分类号:TS 102.5 文献标识码:A 文章编号:036726358(2005)052313204 Electrospinning T echnique and Its Application SHI Qi 2s ong , Y U Jian 2xiang , G U K e 2zhuang , MA Chun 2bao , LI U T ai 2qi 3 (Department o f Material Science and Engineering ,Beijing Institute o f Petro 2chemical Technology ,Beijing 102617,China ) Abstract :E lectrospinning is a new technique ,which can be used to prepare nanofibers with a diameter down to 1nm.In this paper ,the theory of electrospinning technique ,the equipments for preparing a electrospun fiber and the technological parameters affecting the properties of electrospun fibers were introduced.The new development of the applications of electrospinning technique ,such as the preparation of micro Πnano tubes with controlled lengths and super 2purification filtering materials ,was reviewed. K ey w ords :nanometer material ;nanofiber ;electrospinning ;application 收稿日期:2003211214;修回日期:2004201212 基金项目:北京市组织部优秀人才启动经费(BZ 00172002),北京市人事局留学人员科技活动择优资助项目(BR 2016002)作者简介:师奇松(1977～),女,讲师,主要从事纳米纤维、相变材料的研究。E 2mail :liutaiqi @https://www.doczj.com/doc/a011541713.html,. 纳米纤维主要包括两个概念:一是严格意义上 的纳米纤维,是指纤维直径小于100nm 的超微细纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,也就是我们通常意义上的纳米纤维。纳米纤维有以下几种制备方法:静电纺丝法、海岛形双组分复合纺丝法、分子喷丝板纺丝法、聚合过程中直接制造直径纳米纤维,以及采用直接纺丝或后整理方法将纳米粉体材料与纤维复合,制备纳米纤维的 方法[1-3] 。1 静电纺丝技术 由于超细纤维的优良性能,人们对其制造方法进行了广泛的研究,但是用传统的纺丝方法很难纺出直径小于500nm 的纤维。而静电纺丝方法则能够纺出超细的纤维,直径最小可至1nm 。1.1 静电纺丝的成形工艺 静电纺丝技术与传统纺丝技术有着明显的不 同,即静电纺丝技术通过静电力作为牵引力来制备超细纤维。图1是静电纺丝装置示意图。如图所示,在静电纺丝工艺过程中,将聚合物熔体或溶液加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力。当电场力施加于液体的表面时,将在表面产生电流。相同电荷相斥导致了电场力与液体的表面张力的方向相反。这样,当电场力施加于液体的表面时,将产生一个向外的力,对于一个半球形状的液滴,这个向外的力就与表面张力的方向相反。如果电场力的大小等于高分子溶液或熔体的表面张力时,带电的液滴就悬挂在毛细管的末端并处在平衡状态。随着电场力的增大,在毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,这就是T aylor 锥。当电场力
聚丙烯腈纳米纤维的发展现状与展望 关键词：聚丙烯腈；静电纺丝；纳米纤维；活化；纳米碳纤维 摘要：聚丙烯腈(PAN)，一种以良好的稳定性和机械性能著称的聚合物，已经广泛应用于碳纳米纤维(CNFs)的生产中，由于其环境友好性和商业可行性等诸多优良特点，近来很受关注。在生产碳纳米纤维(CNFs)的众多单体中，由于聚丙烯腈的高含碳量和加工中的灵活性，以及腈类聚合物的阶梯型结构组成，碳纳米纤维(CNFs)也很容易获得稳定的产品。由此可见，它们在电子、组织工程膜、过滤材料和高性能复合材料等领域有广泛的应用。本文综述了PAN和PAN 预聚体是生产PAN碳纳米纤维(CNFs)聚合物原料中的混合物和各种复合材料。各种PAN的改性和PAN未来的前景在不同的科学技术学科领域都将得以研究。 1. 介绍 聚丙烯腈（PAN）和聚丙烯腈的共聚物已经广泛地地在商业/技术开发领域研究了近一个世纪。PAN可被交联，但也可能存在不交联。PAN的交使其产生了一些重要的物理性能。比如不溶性和耐普通有机溶剂溶胀性。近来，相当大的努力一直致力于研究聚丙烯腈（PAN）的加工和纤维成型技术。在用于生产碳纳米纤维（碳纳米纤维）的各种不同预聚体中，聚丙烯腈是最常用的聚合物，由于梯形结构的腈类通过聚合形成；主要是由于其高的碳产率（高达56％）、弹性剪切最终使碳纳米纤维（CNF）产品容易获得稳定的结构。PAN的化学性质是非常重要，因为其在形成纳米碳纤维的不同应用中，包括高多孔结构化纳米碳纤维的预聚体的使用中表面存储电子和能量应用，以及在石墨增强丝线用于高强度和高刚度的有机复合材料中的应用。最近Inagaki等；介绍了化学和纳米碳纤维的应用科学技术发展研究主要限于日本。Barhate和罗摩克里希发表了纳米纤维作为过滤微小材料的过滤介质。李霞讨论关于静电技术生产纳米纤维的发展趋势。然而，据我们所知，关于PAN-based CNFs研究的不同的技术和PAN-based CNFs 在诸多不同领域中的应用，如图1，对PAN基碳纳米纤维的整体批判性的评价没有过评论。各种PAN的改性作为一个有效的预聚体和他们的未来前景在不同
静电纺丝技术及其研究进展*杨恩龙 王善元 李 妮 赵丛涛 (东华大学纺织学院,上海,201620) 摘 要:静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。概述了静电纺丝技术及其发展历程,静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。介绍了静电纺丝机、静电纺丝技术的新进展及静电纺纳米纤维膜的应用。最后指出静电纺丝的研究方向。 关键词:静电纺丝,纳米纤维,进展 中图分类号:TQ340.6;TS176 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2007)08-0007-05 近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝(又称电纺)进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表1。 1 静电纺丝技术 1.1 静电纺丝的基本原理 使聚合物溶液或熔体带上高压静电,当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化,同时弯曲、劈裂,溶剂蒸发或固化,沉积于基布上形成纳米纤维膜。 1.2 静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素列于表2。 1.3 静电纺丝的优缺点 静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一,静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低;第三,静电纺纳米纤维的强度较低。 2 静电纺丝机 2.1 喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板垂直排布(立式)的静电纺丝 *国家自然科学基金资助项目(10602014) 收稿日期:2006-10-26 作者简介:杨恩龙,男,1980年生,在读博士研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。 表1 静电纺丝的发展历程 年 份发 展 历 程 1934 Fo r mha ls申请了制备聚合物超细纤维的 静电纺丝装置专利[1] 1966 S i m ons申请了由静电纺丝法制备超薄、 超细非织造膜的专利[2] 1981 L arrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔 融静电纺丝的研究[3] 1995 R eneker研究组开始对静电纺丝进行研 究。静电纺丝迅速发展[4] 1999 Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及 微观结构作了研究[5~6] 2000 Spivak等首次采用流体动力学描述静电 纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺 参数。R eneker等研究了静电纺丝过程 的不稳定性[7~8] 2003 全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观 形貌的影响因素、表征、过程参数的改 进,以及静电纺丝制取纳米纤维后通过 煅烧制备无机氧化物超细纤维等 2004~2006 开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚 合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法 结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨 技术大学与爱勒马可(EL M ARCO)公司 合作生产的纳米纤维纺丝机 纳米蜘蛛 问世 机[9],主要用于静电纺丝的基础研究。 2.2 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机(卧
探讨静电纺丝技术的研究进展 摘要：静电纺丝工艺是目前能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，具有 工艺简单、操作方便、制造速度快等优点，在医学和环保等领域有广泛应用。介 绍了近年来静电纺丝技术及其应用的研究进展，对静电纺丝的原理、影响因素等 方面进行了综述，对静电纺丝技术在未来的应用提出展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；进展 引言 纳米纤维严格意义上是指纤维直径小于100nm的超微细纤维。它具有比表面 积大、孔隙率高等特点，因而可广泛应用于高效过滤材料、生物材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域。20世纪90年代纳米技术研究的升温，使 纳米纤维的制备迅速成为研究热点。静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、 操作容易等特点，是目前为止制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。 1静电纺丝 静电纺丝设备的简图如图1所示，主要由3部分组成：高压电源、喷丝头和 纤维收集装置。一般采用直流电源供应高压电，而不是交流电源。静电纺丝所需 的高压电为 1～30kV。注射器（或者移液管）将溶液或熔体输送到其末端的喷丝 头处。喷丝头是非常细的金属管且装有电极。收集装置或接收板用于收集纳米纤维，通过改变收集装置的几何尺寸与形状，可调整纳米纤维的排列形态。 2静电纺丝技术的原理 早在1882年，Ｒaleigh的研究发现，带电的液滴在电场中不稳定，进入电场之后，由于 电场力的作用，容易劈裂成较小的液滴。Taylor的研究表明，带电的液滴通过喷丝头进入电 场以后，在电场力以及液体表面张力的共同作用下，液滴逐渐被拉长，形成一个锥状体（Taylor锥），并确定其角度为49.3°。 静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被挤压到喷丝头，由于电场力和表面张力的作用， 在喷丝头处形成Taylor锥，随着纺丝液不断的被推入电场，纺丝液便会从Taylor锥尖端喷出，在电场中受电场力的作用而被继续拉伸，当射流被拉伸到一定程度时，便会克服表面张力， 发生非稳定性弯曲进而被拉伸并分裂成更细的射流，此时射流的比表面积迅速增大而使溶剂 快速挥发，最终在收集装置上被收集并固化形成非织造布状的纤维毡。 3静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素主要包括溶液性质（如黏度、浓度、相对分子质量分布、弹性传导率、介电常数、表面张力等），过程条件（如电压、挤出率、喷丝头与接收装置之间的距离、喷丝头直径等）和环境因素（如温度、湿度、气体流速等）。对于这一方面，很多人进行了 研究。 现有的研究结果表明，在静电纺丝过程中，影响纤维性能的主要工艺参数主要有：聚合 物溶液浓度、纺丝电压、固化距离（喷嘴到接丝装置距离）、溶剂挥发性和挤出速度等。 （1）合物溶液浓度 聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张 力增大而减弱。通常在其它条件不变时，随着聚合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。 （2）纺丝电压 随着对聚合物溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴的分裂能力相应增强，所 得纤维的直径趋于减少。 （3）固化距离 聚合物液滴经喷嘴喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发细流中的同时，合物浓缩固化成纤维，最后被接丝装置接受。对于不同的体系，固化距离对纤维直径的影响不同。例如，对于 聚苯乙烯（PS）/四氢呋喃（THF）体系研究表明，改变固化距离，对纤维直径的影响不明显。
静电纺丝技术的工艺原理及应用 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用。 1、静电纺技术 静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代，Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近些年，由于对纳米科技研究的迅速升温，激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。 1.1 静电纺技术的基本原理 静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。 静电纺丝机的基本组成主要有3个部分：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC／DC和AC／DC两种类型，实验中多用IX；／DC电源。液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器)，其中盛 有高分子溶液或熔体，将一金属线的一端伸进容器中，使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板，可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地，作为负极，并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高，液体流量控制系统也被渐渐的采用，这样可以将液体的流速控制得更准确。电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩，均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时，毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形，称为Taylor锥。进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程，
第34卷第1期2008年2月 东华大学学报(自然科学版) JOU RNAL OF DONGH UA UN IVERSIT Y(NAT URAL SCIENCE) Vol134,No.1 Feb.2008 文章编号:1671-0444(2008)01-0033-05 盐对聚丙烯腈静电纺丝的影响* 赵从涛,覃小红,李妮,张静,王善元 (东华大学纺织学院,上海201620) 摘要:选取聚丙烯腈(PA N)/二甲基乙酰胺(DM AC)溶液进行静电纺丝,在纺丝液中添加不同种类的盐LiCl, NaN O3,NaCl,CaCl2来控制纺丝液的导电性.研究不同种类盐的加入对P AN静电纺丝的影响.不添加盐和加入不同种类盐后配置静电纺丝溶液,发现溶液的导电性的大小排列顺序为:L iCl>NaNO3>CaCl2>NaCl>无盐.盐的加入对溶液黏度与剪切应力影响很小.不同种类的盐加入后纺制纤维的直径从大到小的顺序依次为LiCl>NaN O3>CaCl2> NaCl. 关键词:静电纺丝;盐;纳米纤维;聚丙烯腈(PA N) 中图分类号:T S102.6+4文献标志码:A Effect of Different Salts on PAN Electrospinning ZH A O Cong-tao,QIN X iao-hong,L I N i,ZH A N G J ing,WA N G Shan-yuan (Co lleg e of Textiles,Dong hu a University,Shang ha i201620China) Abstract:Polyacrlonitrile(PAN)/DM AC solution is used to study the effect o f the conductance of solution on electrospinning by adding different salts.T he effect of different salts on electrospinning of po lyacrlo nitrile(PAN)solution w ere investigated.The various salts include LiCl,NaNO3,NaCl,CaCl2. The results show that w hen the salts w er e respectively added into different concerntratio n of PAN solution,the order of conductant is LiCl>NaNO3>CaCl2>N aCl>no salt added.Viscosity and shearing streng th of electrospinning solutions are slightly affected by the adding of salts and m ainly affected by the chang es of concentration of PA N electrospinning solutions.The or der o f diameter of nanofibers electr ospun by so lutions w ith different salts are LiCl>N aNO3>CaCl2>NaCl. Key words:electrospinning;salts;nanofibers;Poly acrlonitrile(PAN) 在静电纺丝过程中,如果纺丝液完全绝缘或者使用的电压不够高,静电力就不能克服表面张力,这时无法纺制出纤维.如果在溶液中加一些盐,增加溶液的导电性,从而增加射流的表面电荷,纺制纤维变得容易.T H ERONA等人[1]作了一系列关于静电纺丝工艺的实验,研究了不同参数包括电流、相对分子质量、聚合物射流的表面电荷密度对静电纺丝的影响,并用不同溶液包括聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚亚胺酯、聚己酸内脂来进行研究,他们发现盐的加入能显著增加溶液的流动,同样的现象也被DEMIR和FONG等人[2,3]发现.但不同种类的盐对静电纺丝的影响程度的相关研究未见报道. *收稿日期:2006-10-13 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10602014) 作者简介:赵从涛(1982)),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向为静电纺碳纳米纤维.E-mail:ctzhao@https://www.doczj.com/doc/a011541713.html,
学号： 北京化工大学 毕业设计开题报告 题目： 学院：材料科学与工程学院专业： 班级：姓名： 指导教师： 专业负责人： 指导老师意见： 指导老师签字：日期: 年月日 日期：年月日
静电纺丝文献综述 摘要：静电纺丝技术自从2000年以后进入快速发展期，论文和专利都成指数型增长。目前，研究的现状从这些研究的内容看，研究主要围绕静电纺丝的应用、工业化、原理三个方面。同时，在医用材料领域，静电纺丝也逐步展开了研究。 关键词：静电纺丝，研究现状，医用材料 Abstract:Electrospinning develops rapidly that papers and patents increase exponentially since 2000. The research status focus on applications, industrialization and principle. Meanwhile, electrospinning research on biomaterials is springing up. Key words: electrospinning, research status, biomaterials application 1 静电纺丝发展 目前常用的制备纤维的方法有拉伸法、模板法、相分离法和静电纺丝法。其中，静电纺丝法制备纤维因其操作简单、适用较广和成本低而广泛被使用在纺丝领域。静电纺丝是A.Formhals在1934年发明[1]。在1938年至1944年期间，随着A.Formhals 对静电纺丝技术的进一步改进和对静电纺丝原理的探究[2-7]，静电纺丝技术得到了进一步的发展。1969年，Taylor发现了Taylor锥[8]，对静电纺丝的原理进行了进一步的丰富。1971年，杜邦公司利用静电纺丝制备了PAN亚纳米纤维。1981年，美国Ethicon 公司研究了静电纺丝技术在医学领域的应用[9]。在20世纪90年代后，静电纺丝技术在世界范围内得到了快速发展，文献和专利技术迅速增加。在2001年，国内有关静电纺丝技术的专利出现，东华大学、北京化工大学、浙江大学等高校成了国内静电纺丝研究的中心。在2006年，全球第一条静电纺丝制备纳米纤维的生产线投入市场，标志着静电纺丝技术实现了工业生产化。 2 静电纺丝原理
近年来，由于疾病、人口老龄化、意外事故等造成大量的人体器官和组织的损坏和功能缺失，如何实现人体组织和器官的快速修复和重建以及治疗药物在人体内的可控释放已成为生物医学研究领域面临的重要问题。 要使缺损的组织和器官得以修复和重建，其过程是构建有生物活性的细胞支架材料，这种支架可以载有生长因子或本体细胞，植入体内后支架材料逐渐被分解和吸收的同时，细胞增殖并形成新的组织，从而修复缺损组织替代器官，支架材料或作为一种体外装置，暂时替代器官功能，达到提高生命质量，延长生命的目的。 自20世纪60 年代以来，对于药物控制释放体系的研究，受到研究者的广泛关注。与传统给药模式相比药物控制释放具有显著的优点，除提高药物治疗的准确性、有效性、安全性外，还明显降低了药物的生产成本和不良反应，药物控制释放材料的研究得到迅速发展，其中制备性能优良的药物载体已成为药物控制释放技术的研究热点。 由于高分子材料的化学组成、加工工艺和性能易于调控，在一定尺度上通过调控聚合过程或加工工艺，可易于改变或调节材料的物化性能，因此把组织工程学和药物控制释放原理与高分子材料结合起来，合成具有生物相容性和刺激响应性的生物功能材料，具有重大的科学意义和广阔的应用前景。
静电纺丝作为一种简单、有效、方便而经济的高分子材料加工技术，其技术核心是将具有一定粘度且带有电荷的高分子熔体或溶液在高压静电场中喷射、拉伸细化、劈裂，终固化成微纳米级纤维状物质的过程。 静电纺聚合物纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、良好的三维结构和各向同性的力学性能等优点，能够满足组织工程中细胞支架和药物控释载体在比表面积、多孔结构和力学性能等方面的要求，而且具有纤维孔隙结构的支架材料与细胞增殖有良好的适配性，可有效模拟细胞外基质环境，同时比膜状材料更有利于细胞粘附。 国内纳米纤维和静电纺丝技术正在蓬勃发展，科研发文数量一直位居全球首位。近年来，电纺纤维及其纤维膜由于高的比表面积，高的孔隙率以及形貌可控等优点在伤口愈合方面引起了很多关注，电纺纤维膜一方面能够物理隔绝病毒和细菌，又能够透气保湿，给伤口营造一个良好的愈合环境。 另一方面，电纺纤维的直径以及纤维膜的孔径与细胞外基质的尺寸相仿，能够促进细胞生长，加速伤口愈合速度，减少疤痕产生，因此在创伤敷料方面有独特的优势。 但大多数电纺敷料通常是经过先制备再应用的过程，容易对伤口造成二次创伤。原位电纺目前是一种较为理想制备及应用电纺敷料的方法。便携式手持静电
静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。 原理 将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。 当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。
装置 静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。其中，高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。 高聚物
目前静电纺丝技术已经可用于几十种不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。 影响因素 静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如黏度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。 溶液黏度对纤维性能的影响 同轴静电纺丝
同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来，其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液，二者在喷头末端汇合，在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。 同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷，所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。 应用
静电纺丝原理及研究进展 摘要纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点,受到广泛的关注。在众多制备纳米纤维的方法中,静电纺丝是一种高效的技术,越来越引起人们的关注。简述了国内外静电纺丝的研究现状;介绍了静电纺丝的制备原理、静电纺丝装置的改进、影响纤维成形的主要工艺参数及纤维形态;叙述了静电纺丝纳米纤维在过滤材料、生物医学和传感器等方面的应用;展望了静电纺丝的发展方向。 关键词：静电纺丝；发展；原理；应用 1 国内外研究现状 美国的有关静电纺丝的文献占了全世界的一半以上,总体看来国外的静电纺丝技术较国内的系统和完善。国外对静电纺丝的研究主要集中在以下几个方面: (1)研究多种合成聚合物和天然聚合物的静电纺丝工艺,分析影响纺丝的因素及其纤维表征。 (2)研究电压、喷丝口与接收屏之间的距离、纺丝液的浓度和流量等静电纺丝工艺参数对静电纺纤维的直径及表面形态的影响,分析纺丝工艺的规律,以建立各工艺参数关系的理论模型。 (3)静电纺丝所得制品在生物领域中的应用研究 (4)静电纺丝装置和方法上的创新,是近来静电纺丝研究中的一个热点。与国外相比，国内的研究大约从2002年开始，东华大学研究了静电纺丝的工艺参数对聚丙烯腈纤维直径的影响[8]，同济大学进行了导电聚合物纳米纤维静电纺丝工艺的研究[9]，北京化工大学用静电纺丝法制得聚乳酸纳米纤维无纺毡[10],中国科学院用静电纺丝法制得了纳米级聚丙烯腈纤维毡[11]。总之国内的静电纺丝起步较晚,对静电纺丝的研究主要是通过选择适当的聚合物溶液纺制纳米级纤维,目前还着重于工艺参数对纤维形貌和直径的影响及其纤维形貌的分析。 2 静电纺丝基本原理及装置 2.1 静电纺丝基本原理 一般的静电纺丝装置包括高压电源、溶液储存、喷射和接收装置,相对应可以分为5个过程:流体带电、泰勒锥的形成、射流的细化、射流的不稳定和纤维的接收[12]。其中最重要的是泰勒锥的形成。溶液处于储液管中,有外加电极时会在 电场作用下形成液滴,没有外加电极作用时,由于重力作用,在溶液与管壁的粘附力、本身的粘度和表面张力的作用下形成悬挂在管口的液滴,在电场力的作用下液滴表面布满了电荷,电荷之间的库仑斥力与液滴表面张力相反,当电场强度增大时,液滴表面的电荷密度增大,库仑斥力大于表面张力,液滴曲率发生变化被拉长成锥形,锥角为49. 3b,这一带电液体称为泰勒锥。泰勒锥会随电压的增大发生喷射,喷射流在电场的作用下分裂,随着溶剂的挥发,射流固化,最后纳米纤维收集于接收装置。2.2 静电纺丝装置及改进 静电纺丝装置一般由三部分组成：喷丝装置、接收装置和高压电源，如图1.29。近些年来，科学家们已经不满足于对简单纤维的制备，为了得到一些特殊的形貌和性质的纤维，人们对纺丝装置进行了不同程度修饰和改进。 基于对中空管纤维和核壳纤维的探索，人们设计了同轴电纺丝装置[149-151,158-161]。Li等人[160]设计了同轴喷头装置并成功地制备了管式结构的TiO2纤维(图1.30a)，他们研究发现，内外层材料的相容性会影响这种管式结构的形成，如果内外层材料相容性较好，那么是不容易制造管式纤维或者核壳纤维的。Muthiah等[149]利用同轴电纺丝技术制备了 具有核-壳结构的聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯的