![通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维的研究进展[设计+开题+综述]](https://img.doczj.com/imgd3/1opixxt1z1azf5ocbelxfz48qnvd3l5h-31.webp)
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开题报告
应用化学
通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维
一、选题的背景与意义
静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：
综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。
制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。
三、研究的方法与技术路线：
合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。
将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。
上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度：
2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤；
2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告；
2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩；
2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。
五、主要参考文献：
[1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct
2006 ,47 ;1597-1603.
[2].Ming Wei , Junseok Lee , Bongwoo Kang , Joey Mead . Macromolecular Rapid
Communications, 200500212;1127-1132.
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[4].苏好,杜晓松,蒋亚东,靖红军。静电射流技术制备纳米材料的研究进展。材料导报,2009,
23(11);85-89。
[5].山下羲裕，刘辅庭（译），山田（校）。静电纺丝制造纳米纤维的方法。合成纤维，2008,
37(2);50-52。
[6].吴佳林，周美凤，张锋。静电纺纳米纤维的研究历史、基本原理及影响因素。陕西纺织，
2010，3；57-60。
文献综述
应用化学
通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维的研究进展
摘要静电纺丝技术是一种新的技术，它可制备出直径为纳米级的纤维。由于本征态导电聚合物的难以加工性，静电纺丝制备导电聚合物的过程与普通聚合物的制备过程有显著的不同。本文综合介绍了静电纺丝制备纳米纤维的研究历史、基本原理及其影响因素。同时，重点介绍了静电纺丝制备导电聚合物纳米纤维的加工过程，并且对相应导电聚合物纤维的应用进行了介绍。
关键词静电纺丝，纳米纤维，基本原理，影响因素
随着纳米纤维技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点。近年来发展了许多制备纳米纤维的方法，如拉伸，模板聚合、相分离、自组织和静电纺丝等，而静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。
1 静电纺丝研究历史
静电纺丝可以认为是带电射流电雾化的一种变形［1］，当溶液的黏度较小时，射流在受到电场力的作用后破裂为许多细小的液滴，液滴的直径介于微米和纳米之间，目前电雾化技术主要应用于喷墨打印、喷漆、纳米离子的制备等领域；当液滴的黏度较大时，就会形成纤维。
静电纺丝的研究历史最早要追溯到19世纪末。1882年，Rayleigh认为带电液滴能够稳定的条件是其带电量不能超过某一定值，这一数值称为Rayleigh极限［2］。1915年，Zeleny［3］介绍了调整液体的电荷与表面张力的比例关系，可以使喷嘴尖端的小液柱失稳，进而分裂为离子或雾滴。1964年Taylor以完全导电的液体为例，做出了开拓性的研究工作［4］，他认为液体静电雾化时，喷嘴尖端会形成一锥形液柱，称为泰勒锥(Tayler cone)。此外，静电纺丝技术在1930年就有了专利,是人们早已知晓的一项技术［5］。20世纪90年代以来以美国为中心盛行关于纳米纤维形成机理和应用方面的研究,近年来日本也对其予以极大的关注。近年来人们之所以对静电纺丝感兴趣，主要是因为与传统纺丝方法相比，该方法可以很容易的得
到连续的纳米级或微米级纤维，而该纤维在很多领域有着巨大的应用前景［6,7］。
2 静电纺丝基本原理
静电纺丝的基本装置由高压电源、微量泵、注射器、针头、收集装置五部分组成。其原理是对聚合物溶液或熔体施加几千到几万伏高压静电，当聚合物溶液或熔体内的电场力克服其表面张力时，在电场力作用下喷射形成一股稳定的射流，随着射流的牵伸与分裂，最后溶剂挥发或熔体固化后，高聚物纤维沉落在收集板上形成类似无纺布的微纳米纤维材料。
3 静电纺丝影响因素
静电纺丝是制备超细纤维的一种技术，因此在表征静电纺丝产品时，直径是需要考察的最重要的性质，另外还有产品结构和性能。影响纤维直径、结构和性能的因素很多，主要包括纺丝过程因素和纺丝溶液性质，这两方面在纺丝过程中发挥着重要作用。下面就静电纺丝工艺参数对纤维的影响作简要介绍：
3.1 过程因素
静电纺丝过程中，纺丝电压、纺丝距离、纺丝液流量、喷丝头内径、环境参数(温湿度与大气压)等都会对制备的纳米纤维产生直接的影响。比如在静电纺丝过程中，纺丝电压是一个非常重要的参数，它不仅在纺丝区域内形成纺丝电场，而且使纺丝液带电，这样随着电压的增加，纺丝液在喷丝头尖端经历从半球形——泰勒锥——射流的变化过程。随着电压增大，电场强度增加，纺丝液表面电荷密度增加，射流将会得到更大的静电斥力导致射流更强的分裂和更大的飞行速度，从而产生更高的拉伸比，因此所纺纤维直径降低。
3.2 溶液性质
纺丝液性质包括浓度和黏度、纺丝溶剂、溶液表面张力引、高聚物分子量、添加物等属于溶液参数，其作用不亚于过程参数，将直接决定静电纺丝是否会发生并影响纤维性能。高聚物分子链间的相互纠缠以及分子间的相互作用是形成纤维的必要条件并且影响着纤维的性质。
4 静电纺丝制备方法
通常导电聚合物具有低分子量和刚性结构的特点，会妨碍通过静电纺丝技术制备纤维。因此，需要用各种各样的方法来处理导电聚合体使其能够达到静电纺丝的技术要求，这些方法概括如下：
4.1导电聚合物直接进行静电纺丝制备微纳米纤维
原则上，导电聚合物应该能直接进行静电纺丝，然而，由于导电聚合物的难溶性，只有
少数可溶解的导电聚合物可以直接用静电纺丝制备纳米纤维，例如用掺杂硫酸的聚苯胺(PANI)［8］，掺杂2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPSA)［9］的聚苯胺化翠绿亚胺(EB)和掺杂十二烷基苯磺酸(DBSA)［10］的聚吡咯(PPy)。尽管聚（P型苯乙烯）(PPV)是另一种重要的导电聚合物，但它的难溶性使其难以通过静电纺丝制备纳米纤维，但是Okuzaki［11］提出了一个独创的通过静电纺丝制备PPV纳米纤维的方法：首先将可溶解的PPV前躯体（聚对二甲苯四氢噻吩鎓氯化物)通过静电纺丝得到纳米纤维，随后在真空条件下加热到250℃并保持12h后，前躯体纤维转变成为PPV纳米纤维。
4.2导电聚合物和其它聚合物的混合物的共纺
导电聚合物和传统聚合物的混合物是更好的静电纺丝原料。传统聚合体可以辅助导电聚合体纤维的形成并且可以作为纳米纤维形成的支撑材料。然而需要说明的是，基体聚合物的选择和数量对最终产物的形态和性能起决定性作用，如果导电聚合物部分的量太少，则所得纤维的电导率较低，相反如果基体聚合物部分的量太少，则静电纺丝的过程将会变得异常困难。
在传统的聚合物里面，聚乙烯氧化物(PEO)是非常容易进行电纺的，因而广泛用于导电聚合物共混物的静电纺丝。通过改变导电聚合物和PEO在混合物中的比率，合成纳米纤维的电导率和直径可以得到很好的控制［12］。另外，导电聚合物纳米纤维中的小孔可以由PEO 填充［13］。因为静电纺丝后的PANI/PEO纳米纤维具有较大的比表面积和统一的直径，所以可以作为化学传感器用于检测乙醇和氨气。
4.3纤维模板法制备导电聚合物纤维
纤维模板法是一种制备同轴导电聚合物纤维的方法。静电纺丝聚合体纳米纤维为多孔导电聚合体无纺织物的形成提供了一个结实稳定的模板，目前，有两个方法常被用于在多孔材料表面制备导电聚合物，一个是气相聚合作用，另一个是溶液聚合作用。
4.3.1气相聚合(VDP)
在这个过程中，将包含具备聚合单体能力的氧化剂的模板基质放于一个充满气态单体的容器中。在模板的表面，气态单体被氧化成为导电聚合体。无机三价铁盐，例如FeCl3，是一种传统的氧化剂并且可以通过PEO链中氧原子和本身Fe3+的协调作用与PEO形成一种联合体。常见的方法描述如下：首先，通过静电纺丝制备包含FeCl3的纳米纤维，然后将上述纳米纤维放置于气态叽咯中，叽咯单体被FeCl3氧化得到PEO/PPy纳米纤维［14、15］。
4.3.2溶液聚合作用
在这个方法中，纳米纤维模板要浸入含有单体、氧化剂和掺杂酸的溶液中，单体同时沉降在模板表面形成岩心外壳复合纳米纤维。
总结
在过去几年中，通过静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维取得了飞速的发展，然而，我们仍然面对几个主要的问题：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段［16］，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。
参考文献
[7].吴佳林，周美凤，张锋。静电纺纳米纤维的研究历史、基本原理及影响因素。陕西纺织，
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[22].山下羲裕，刘辅庭（译），山田（校）。静电纺丝制造纳米纤维的方法。合成纤维，2008,
37(2);50-52。
（20 届）
本科毕业设计
通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维Preparing conductive polymer nanofibers via
electrospinning
摘要
【摘要】静电纺丝技术主要用于纳米纤维的生产。近年来，研究学者们不断将静电纺丝技术应用于如工程塑料、导电聚合物、陶瓷和复合原料的纳米纤维生产，得到可控直径的纳米纤维。本文研究了静电纺丝技术的基本过程及原理，及导电高分子纳米纤维的研究现状，并利用二甲基甲酰胺(DMF)和聚4-乙烯基吡啶静电混纺制成导电聚吡咯纳米纤维。纺丝电压为17 KV时，纤维粗细不均匀，且纤维连续性不好；纺丝电压为20 KV时，纤维粗细比较均匀，连续性较好。
【关键词】静电纺丝；纳米纤维；导电高分子
Preparing conductive polymer nanofibers via
electrospinning
Abstract
【ABSTRACT】Electrospinning is mainly used for the preparation of nanofibers. Recently, electrospinning has been applied in many areas, such as engineering plastics, conductive polymers, ceramics and the nanofiber preparation of composite materials. In this paper, the basic process and principle of electrospinning have been discussed, the status of Conducting polymer nanofibers has been studied. Besides, Poly 4 – vinylpyridine and DMF have been used to prepare Polypyrrole nanofibers via electrospinning. When the voltage is 17KV, the thickness of the fiber is not average, and its continuity is not good. While the voltage is 20KV, the thickness of the fiber is average, and its continuity is good.
【KEYWORDS】Electrospinning; nanofibers; conductive polymers
1引言 (1)
2静电纺丝技术概述 (1)
2.1静电纺丝技术发展史 (1)
2.2静电纺丝技术过程及原理 (2)
2.2.1静电纺丝技术基本过程 (2)
2.2.2静电纺丝技术原理研究 (3)
2.2.3静电纺丝的影响因素 (3)
2.3静电纺丝的制备方法 (5)
2.3.1导电聚合物直接进行静电纺丝制备微纳米纤维 (5)
2.3.2导电聚合物间接进行静电纺丝制备微纳米纤维 (5)
2.3.3导电聚合物和其它聚合物的混合物的共纺 (6)
2.3.4纤维模板法制备导电聚合物纤维 (7)
3导电高分子纳米纤维研究现状 (8)
3.1导电高分子纳米纤维简介 (8)
3.2导电高分子纳米研究现状 (8)
3.3导电高分子纳米纤维应用范围 (9)
4实验部分 (9)
4.1电纺聚合物原料与分子量表征 (9)
4.2聚4-乙烯基吡啶溶液的制备 (10)
4.3电纺装置 (10)
5结果与讨论 (10)
5.1结果分析 (10)
5.2静电纺丝的影响因素 (11)
5.2.1纺丝电压 (11)
5.2.2溶剂 (11)
5.2.3喷头直径的影响 (11)
6结论 (11)
参考文献 (14)
致谢 (15)
纳米技术起源于20世纪80年代末、90年代初，它是上世纪末发展起来的最具前沿性、科技性的学科。目前，世界上大多数发达国家都在进行纳米技术的研究，并在应用方面取得了极大的进展。我国在纳米材料方面的研究也取得了一定的成果。其中，纳米纤维技术由于其应用广泛普及，因此逐渐成为纳米技术研究的热点。
纳米纤维是指纤维直径为1～100nm的超微细纤维。通常意义上我们也把填充了纳米微粒的纤维称为纳米纤维。随着纳米纤维技术的快速发展与应用，纳米纤维技术已成为纳米技术及纤维科学的前沿。而导电高分子纳米材料不仅具有导电高分子自身独特的性质,同时还具有纳米结构赋予的特殊功能,因此其在微电子元件，光学传感器，各类感应器件,微型电化学器件等方面都有广泛的应用。
静电纺丝法、分子喷丝板纺丝法、化学法、聚合直接制造纳米直径纤维法，海岛形双组分复合纺丝法、无模板法、模板合成法等都是近年来制备导电高分子纳米纤维时较为常用的方法，而静电纺丝法是目前制备纳米纤维时最常用的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。
2静电纺丝技术概述
静电纺丝技术发展史
静电纺丝的研究历史最早要追溯到19世纪末。1882年，Rayleigh发现带电液滴能否稳定存在，有一临界值，这一数值称为Rayleigh极限［1］。1915年，Zeleny［2］发现当调整带电液体的电荷总数与其自身表面张力的比例时，可以使喷嘴尖端的小液柱失稳产生电雾化结果。1964年，Taylor以大量的试验研究工作为基础，总结出液体电雾化时，喷嘴尖端会形成一锥形液柱，命名为泰勒锥(Tayler cone)［3］。此外，静电纺丝技术最早由Formhals于1934年提出，随后的一段时间内不断有相关专利的出现，静电纺丝技术也越来越得到人们的重视。但是，早期的静电纺丝技术由于受制造工艺的限制，导致其在真正的实际应用中没有太多的发展空间。因此随后的几十年间，该技术的研究发展缓慢，没有太多的研究成果。直到20世纪80年代末90年代初，伴随着纳米技术研究的发展与深入，偶然发现由电纺制得的纤维
直径可以达到纳米级，才使得这项技术重新受到研究学者们地重视，才有人开始对该技术进行大量的实验和理论研究，并发表了大量的文献。近年来人们之所以对静电纺丝感兴趣，主要是因为与传统纺丝方法相比，该方法可以很容易的得到连续的纳米级或微米级纤维，而该纤维在很多领域有着巨大的应用前景。
静电纺丝技术过程及原理
简单的说，静电纺丝技术与其他传统纺丝技术的不同在于静电纺丝技术是通过制备过程中仪器与液体之间的静电力作为牵引力来制备超细纤维。
2.1.1静电纺丝技术基本过程
静电纺丝装置主要包括：高压电源，喷射装置(如毛细管)和收集装置(如金属平板、铝箔等)。图1为静电纺丝装置示意图。
图1 静电纺丝装置示意图
静电纺丝技术制备时，高压电源使毛细管喷丝头与收集装置（一般接地）之间形成一静电场的同时，又给聚合物溶液带上了成千上万伏高压电荷。毛细管内的聚合物溶液由于受到电场力的作用，其将克服自身的表面张力和粘弹性力，逐渐向毛细管喷丝头外运动，并在喷丝头末断呈现一圆锥状液柱，即Taylor锥。当电压继续增大至超过某一临界值后，液滴将克服其表面张力形成射流，并且在电场中进一步加速拉伸，直径减小。这一射流在喷射过程中伴随溶剂挥发，最终落在收集装置上形成类似非织造布状的纤维毡，直径一般在几十纳米到几微米之间［4］。
2.1.2静电纺丝技术原理研究
近年来，国内外研究学者越来越关注静电纺丝原理方面的研究工作，主要集中在以下两个方面：(1)Taylor锥与喷射；(2)纳米纤维的不稳定性。
(1)Taylor锥与喷射理论
上文讲到，带电聚合物溶液在高压电场中，由于受电场力作用会在毛细管喷丝头形成一锥形液柱，这是静电场力与表面张力、粘弹性力相互作用的结果。随着电压的增大，液体所带电荷上升，锥体上的电荷密度也随之增大，继而锥体的角度变大。研究发现，当电压上升至平衡被打破的瞬时值时产生的锥形液柱叫做Taylor锥。随着电压继续增大，锥体溶液将克服液滴的表面张力形成射流。更多有关Taylor锥的研究主要还是围绕其临界锥形的角度所开展与深入的。但是，Taylor早在1964年就通过大量流体力学与流体动力学的相关计算以及实验研究得出了Taylor锥理论临界角度为49．3°［5］。
(2)纳米纤维的不稳定性
不稳定性是一种传递现象，即某一扰动或涨落都有可能导致某一种模式的流动不稳定性发生，不稳定性还会随着时间以不同速率扩大。静电纺丝制备时出现的不稳定性主要有3种，第一种是由毛细力[是在三相界面上内弯液面引起，作用方向始终指向弯曲液面的凹凹面（凹凸弯液面是指相对于液相一侧言的）]与黏性力的共同作用引起的黏性不稳定性。另外两种不稳定性是电的本质引起的，其一为表面电荷密度在切向电场中受到的力而引起的曲张不稳定性，这种不稳定性是轴对称的，主要是所受到的力与粘度协调作用引起的丝的轴对称形变和流动；其二为流体的偶极和电荷发生涨落时，在电场中轴的法向上受到的力引起的弯曲不稳定性，这种不稳定性是非轴对称的，因此产生曲面。在静电纺丝技术制备过程中，带电高分子溶液射流的弯曲不稳定性占有重要的地位。
总而言之，由于受纺丝过程中射流速度、半径以及表面电荷密度等基本参数的影响，纺丝射流可能出现其中某一种不稳定性模式，也有可能多种不稳定性模式叠加出现。实际实验时，射流固化过程中，纺丝还受到空气阻力、电荷互斥力等较弱的因素影响。研究这些不稳定性对于深入研究探索静电纺丝过程机理具有十分重要意义，但是目前的静电纺丝理论研究主要还是采用最简化的线性近似分析。
2.1.3静电纺丝的影响因素
静电纺丝是制备超微细纤维的一种技术，因此在表征静电纺丝产品时，直径是需要考察
的最重要的性质，另外还有产品结构和性能［6］。影响纤维直径、结构和性能的因素很多，主要包括溶液性质，如粘度、表面张力、电导率和弹性；过程变量，如毛细管中的静电压、毛细管口与收集装置之间的电势差以及毛细管口与收集器之间的固化距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中空气的温湿度等。概括为两方面即纺丝过程因素和纺丝溶液性质，这两方面在纺丝过程中发挥着重要作用。
1．纺丝过程因素
静电纺丝过程中，纺丝电压（毛细管中的静电压及毛细管口的电势）、纺丝距离（毛细管口与收集器之问的距离）、纺丝溶液流量、喷丝头内径、环境参数(温湿度、气流速度与大气压)等都会对制备的纳米纤维产生直接的影响。
1）纺丝电压
在静电纺丝过程中，纺丝电压是一个非常重要的参数，它不仅在纺丝区域内形成纺丝电场，而且使纺丝溶液带电，这样随着电压的增加，纺丝溶液在喷丝头尖端经历从半球形——泰勒锥——射流的变化过程。如果此时电压继续增加，将导致电场强度继续加大，同时高分子聚合物溶液的射流也将获得更大的表面电荷密度，因而分子间有更大的静电斥力。并且，更大的电场强度使射流获得更大的电场加速度。在这两方面因素共同作用下，纺丝射流以及所纺纤维会具有更大的拉伸应力，从而有更高的拉伸应变速率，导致产生更高的拉伸比，最终有利于制得更细的纤维。
2）纺丝距离
纺丝距离是另外一个重要的参数。纺丝距离的增大或减小不仅直接影响到纺丝电压的大小；而且，纺丝距离还决定着射流的飞行时间，因而直接关系到溶剂的挥发及纤维的牵伸。当纺丝溶液经毛细管口喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发，溶液冷却固化成纤维，最后停留在收集装置上。一般情况下，两者间固化距离越大，所纺纤维直径越小。
3）纺丝溶液流量
当喷丝头内孔径一定时，射流的平均速度显然与纤维直径成正比。
4）其他
此外，不同状态的收集装置制成的纳米纤维也会有不同的状态。当使用的收集装置是固定的时侯，所纺的纳米纤维会呈现出随机不规则的情形；当使用的收集装置是旋转的时候，所纺的纳米纤维则会呈现出平行规则的排列。因此，不同设备条件下制得的纳米纤维会有所不同。
2．纺丝溶液性质
纺丝溶液性质包括浓度和黏度、纺丝溶剂、溶液表面张力引、高聚物分子量、添加物等溶液参数，其作用不亚于过程参数，将直接决定静电纺丝是否会发生并影响纤维性能。高聚物分子链间的相互缠绕以及分子间的相互作用是形成纤维的必要条件并且影响着纤维的性质。高分子聚物物溶液的粘度会随着浓度的增大而增大，表面张力则与溶液本身的年度有关，粘度越大，表面张力就越大，而射流过程中的液滴分裂能力是随表面张力的增大而减弱的。因此，在其它条件恒定的情况下，所纺纤维的直径会随着高聚物溶液的浓度增加而增大。静电纺丝的制备方法
通常导电聚合物具有低分子量和刚性结构的特点，会妨碍通过静电纺丝技术制备纤维。因此，需要用各种各样的方法来处理导电聚合体使其能够达到静电纺丝的技术要求。以下几种方法是目前国内外学者研究试验时采用较多的一些。
2.1.4导电聚合物直接进行静电纺丝制备微纳米纤维
理论上，导电聚合物应该能直接进行静电纺丝。然而，由于导电聚合物一般具有难溶性，因此，只有少数可溶解的导电聚合物可以通过静电纺丝技术直接来制备纳米纤维，例如掺杂硫酸的聚苯胺(PANI)［7］，掺杂2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸(AMPSA)［8］的聚苯胺化翠绿亚胺(EB)和掺杂十二烷基苯磺酸(DBSA)［9］的聚吡咯(PPy)都可以直接进行电纺制备微纳米纤维。
2.1.5导电聚合物间接进行静电纺丝制备微纳米纤维
聚（P型苯乙烯）(PPV)是另一种重要的导电聚合物，但它的难溶性使其难以通过静电纺丝直接制备纳米纤维。但是，Okuzaki［10］提出，通过静电纺丝间接制备PPV纳米纤维。首先将可溶解的PPV前躯体（聚对二甲苯四氢噻吩鎓氯化物)通过静电纺丝得到纳米纤维，随后在真空条件下加热到250℃并保持12h后，前躯体纤维转变成为PPV纳米纤维。Sotzing 用上述方法成功将前驱体聚合物1(结构如图2)电纺成为纳米纤维，而这种纳米纤维可以通过化学固态氧化交叉耦合转变为导电聚合体纳米纤维。
solid-state oxidative crosslinking 0.5
0.5S S
S O
O
O O 1
electrospinning 0.5
0.5S S
S O
O
O
O 2
n solid-state oxidative crosslinking
图2 绝缘聚合体（1）纳米纤维前驱体转变为导电聚合物（2）纳米纤维
2.1.6 导电聚合物和其它聚合物的混合物的共纺
由于可以用来直接或间接电纺的导电聚合物数量较少，发现的大量聚合物为绝缘体，同时，新的发展需求都使得研究方向转为导电聚合物和传统聚合物的混合物的共纺。大量实验研究表面，导电聚合物和传统聚合物的混合物是更好的静电纺丝原料。传统聚合体可以辅助导电聚合体纤维的形成并且可以作为纳米纤维形成的支撑材料。然而需要说明的是，基体聚合物的选择和数量对最终产物的形态和性能起决定性作用，如果导电聚合物部分的量太少，则所得纤维的电导率较低，相反如果基体聚合物部分的量太少，则静电纺丝的过程将会变得异常困难。
在传统的聚合物里面，聚乙烯氧化物(PEO)是非常容易进行电纺的，因而广泛用于导电聚合物共混物的静电纺丝。通过改变导电聚合物和PEO 在混合物中的比率，合成纳米纤维
的电导率和直径可以得到很好的控制［11］。另外，导电聚合物纳米纤维中的小孔可以由PEO
填充［12］。因为静电纺丝后的PANI/PEO 纳米纤维具有较大的比表面积和统一的直径，所以可以作为化学传感器用于检测乙醇和氨气。
基体聚合物的选择在控制导电聚合物纳米纤维形貌和性质中起了关键的作用。Attout ［13］研究PEO 和PMMA 对导电纳米纤维结构的影响时发现，在PANI/PEO 和PANI/PMMA 两种纳米纤维中PANI 的分布大致是相同的。电纺PANI 与PS 或PC 的混合物,得到的是具有一致的
芯鞘的PANI/PS或PANI/PC纳米纤维。然而，当用PMMA和PEO代替PC和PS时，PANI/PMMA 和PANI/PEO混合物呈现出不同性质的纤维形态。PANI/PEO纳米纤维不能形成统一芯鞘的形态，却出现了PANI在PEO纤维中的孤立区域，导致它的导电性非常低。PANI/ PMMA纳米纤维呈现出PANI沿着PMMA纤维聚集的形态，与PANI/PMMA混合物有类似之处。导致这种结果的出现可能是由于PMMA和PEO的表面张力较大，导致聚苯胺分子逐渐趋于球形小滴，形成珠状，而不是纤维状。
2.1.7纤维模板法制备导电聚合物纤维
纤维模板法是一种制备同轴导电聚合物纤维的方法。静电纺丝聚合物纳米纤维为多孔导电聚合体无纺织物的形成提供了一个结实稳定的模板，目前，有两个方法常被用于在多孔材料表面制备导电聚合物，一个是气相聚合作用，另一个是溶液聚合作用。
1. 气相聚合(VDP)
在这个过程中，将含有具备聚合单体能力的氧化剂的模板基质放于一个充满气态单体的容器中。在模板的表面，气态单体被氧化成为导电聚合体(图3 A)。无机三价铁盐，例如FeCl3，是一种传统的氧化剂并且可以通过PEO链中氧原子和本身Fe3+的协调作用与PEO形成一种联合体。常见的方法描述如下：首先，通过静电纺丝制备包含FeCl3的纳米纤维，然后将上述纳米纤维放置于气态叽咯中，叽咯单体被FeCl3氧化得到PEO/PPy纳米纤维［14］。
图3 气相聚合作用和溶液聚合作用示意图
用包含FeCl3或甲苯磺酸铁盐的聚苯乙烯(PS)纳米纤维作为模板，Kim［15］等制备了PS/PPy 纳米纤维，并且研究了合成的导电聚合物纳米纤维的物理性质，研究结果显示在包含甲苯磺酸铁盐的PS纳米纤维上形成的PPy比在包含FeCl3的PS纳米纤维上形成的PPy有更高的结晶程度，另外，他们也通过静电纺丝制备了包含对甲苯磺酸铁盐(Fe-TS)的PS纳米纤维，将上述纳米纤维置于70 ℃的3,4-乙烯二氧噻吩蒸气中得到PS-PEDOT纳米纤维。冷凝EDOT 蒸气，纤维熔融焊接，并且表现出很高的电导率(~1 S/cm)［16］。
2. 溶液聚合作用
在这个方法中，纳米纤维模板要浸入含有单体、氧化剂和掺杂酸的溶液中，单体同时沉降在模板表面形成岩心外壳复合纳米纤维(图3 B)。例如，用静电纺丝技术制备的PMMA纳米纤维作为核心材料，浸入包含氧化剂、单体和掺杂酸的水溶液中，在PMMA纤维的表面导电聚合体逐渐形成并且同轴导电聚合体/PMMA纳米纤维也可以获得［17-19］。
3导电高分子纳米纤维研究现状
导电高分子纳米纤维简介
导电高分子是一类独特的材料，能感应化学和生物试剂，将其集成到纤维内制成纳米级的导电高分子纤维拥有广泛的用途。聚苯胺和聚吡咯导电高分子纳米纤维（直径<100nm）以及它们和其他常见聚合物如聚苯乙烯和聚乙烯的共混物纳米纤维已经用上述的静电纺丝技术制得，使得它们可以编入纺织品和膜中［20］。
导电高分子纳米研究现状
上文提到，静电混纺后的PANI/PEO纳米纤维由于具有较大的比表面积和统一的直径可以作为化学传感器用于检测乙醇和氨气。此外，Nikiforov［21］将BaTiO3纳米颗粒植入PANI/PEO 纳米纤维内，得到可用于制备生物化学传感器、记忆存储器和本地化开关的纳米纤维，而这一切功能的实现是由于在纳米纤维中金属电体极部分的定位作用。
聚苯乙烯是另外一种易溶并且有巨大商业价值的聚合物，这种聚合物同时适用于静电纺丝。江雷［22］借助静电混纺技术将PS和PANI的混合物电纺成为表面具有很多亚微米级小孔
的纳米纤维网，这个纤维网表现出稳定的超疏水性和导电性，即使在酸性，碱性和氧化性溶液中也是如此。
导电高分子纳米纤维应用范围
导电高分子纳米纤维特殊的结构和优异的物理化学性能使它成为材料科学研究的热点，作为不可代替的新型功能材料之一，导电高分子在能源、光电子器件、信息、传感器、分子导线和分子器件，以及电磁屏蔽、金属防腐和隐身技术上有着广泛、诱人的应用前景。
上述提到的江雷等人制得的具有稳定超疏水性和导电性的纳米纤维网，在实现超疏水与超亲水性的可逆转化时，对温度响应的可逆浸润性转化的时间比较短，而浸润性的调节和控制在微流体、生物医药、基因分离等领域具有重要的应用价值。此外，导电高分子纳米纤维在航空航天领域的应用［23］，不仅增加了有效荷载，更重要的是使耗能指标成指数的降低。
4实验部分
电纺聚合物原料与分子量表征
原料：二甲基甲酰胺(DMF)，AR；聚4-乙烯基吡啶，Mw=51069，Mn=34732，PDI=1.470。
仪器：Waters1515凝胶色谱(GPC)，美国Waters公司生产；检测器RI 2414；柱子型号MZ-Gel SDplus 500 ?、10E3 ?、10E4 ? ；流动相DMF+0.05 mol/L LiBr，流速0.8 ml/min；柱温30 ℃；标样PS。
聚4-乙烯基吡啶GPC数据见图4
2426283032343638
Minutes
图4 聚4-乙烯基吡啶GPC谱图
静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性
静电纺丝工艺条件对复合材料中纤维形貌影响 赵小龙1,2 (1. 北京石油化工学院环境材料研究中心，北京102617；2. 北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029） 摘要：静电纺丝是一种简单、方便的生产微米、纳米纤维的技术，其中可纺丝的材料主要包括聚合物、聚合物的混合物、聚合物与无机物的混合物。静电纺丝制得的纤维毡，具有孔隙率高、比表面积大等优点，可以用在夹心净化材料上，使过滤材料的过滤性能大大增强。本文首先简要介绍电纺丝制备原理及设备，并详细阐述下静电纺丝的主要工艺参数聚合物溶液浓度、纺丝电压、接收距离、溶剂性质和挤出速度对纤维形貌影响。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；聚合物溶液浓度；纺丝电压；接收距离；溶剂性质；挤出速度 1 静电纺丝原理 静电纺丝是在溶液干法纺丝与熔体纺丝的基础上发展起来的，通过静电纺丝可以制备纳米或亚微米级的纤维。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。静电纺丝装置主要由三部分组成，即高压静电发生器、供给系统和接收装置，静电纺丝装置如图1所示[1]。从图中可以看出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。在电场力增强的过程中，喷丝口表面的液滴就会从球状液滴被拉长为锥状，这个锥就是所谓的“泰勒锥”(Taylor cone) [2]。当电场强度增加至临界值时，电场力克服液滴的表面张力，从Taylor 锥中喷出，从而产生出一个震荡、不稳定的喷射流，喷射流在喷射过程中被快速拉伸变形，在此过程中溶剂迅速挥发，在接收板上最终得到成形的纤维。Fong[3]将静电纺丝过程分为三个阶段：(1)喷射流的产生和延伸；(2)鞭动不稳定性的形成和喷射流的进一步拉伸；(3)喷射流固化形成纳米纤维。 图1 静电纺丝装置示意图 2 纳米纤维 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
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言： 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。
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。
静电纺丝制备MWNTs 高度取向的PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维 刘大伟，李旭，李刚，杨小平 北京化工大学有机/无机复合材料国家重点实验室，北京，100029 CFRP 复合材料在航天航空领域的广泛应用要求其具有良好的强度及韧性[1，2]，然而单向纤维增强树脂基复合材料在垂直于纤维的方向力学性能较差，层间强度低，影响了CFRP 的 整体性能。本课题组采用静电纺丝的方法将MWNTs-Epoxy 预分散在纺丝液中[3]，制备 PSF/MWNTs-Epoxy 杂化的纳米纤维膜，以碳纤维预浸布包覆的辊筒作为静电纺丝的接收器，通过将预浸料按照不同角度铺放于辊筒上以接收纳米纤维,来控制碳纳米管在复合材料中的取向，最终实现复合材料性能的可设计性。我们考察了MWNTs 环氧化改性效果，研究了不同MWNTs-Epoxy 含量对PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维膜微观形貌的影响。研究成果可总结为以下两方面:1)利用纯化、混酸化、环氧化等手段制备了MWNTs-Epoxy 。官能化MWNTs-Epoxy 的环氧基团接枝率为24.87%。MWNTs-Epoxy 在静电纺丝液中分散良好，且静电纺丝液的表面张力和电导率随MWNTs-Epoxy 含量的增加而提高。2)随着MWNTs-Epoxy 含量的升高，通过SEM 、TEM 照片可以看出，PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维的直径逐渐减少，通过取向红外和拉曼谱图研究发现PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维以及嵌于其内部的MWNTs-Epoxy 的取向度逐渐提高。MWNTs-Epoxy 良好的分散于PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维轴向位置。 图 1 5wt% MWNTs-Epoxy 含量的PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维取向表征图 （a ）SEM 照片（b ）TEM 照片（c ）取向红外谱图（d ）偏振拉曼谱图 本研究为江苏省自然科学基金（BK2011227）资助 参考文献： [1] Williams JC, Starke Jr EA. Progress in structural materials for aerospacesystems. Acta Metall 2003;51(10):5775–99. [2] Ahmed K, Noor AK, Venneri SL, Donald B, Paul DB, Hopkins MA. Structurestechnology for future aerospace systems. J Comput Struct 2000;74:507–19. [3] Gang Li , Xiaolong Jia , Zhibin Huang , Bo Zhu , Peng Li , Xiaoping Yang , Wuguo Dai. Prescribed morphology and interface correlation of MWNTs-EP/PSF hybridnanofibers reinforced and toughened epoxy matrix, Materials Chemistry and Physics 134 (2012) 958-965 10μm 10μm (a) (b) (c) (d) 10μm
开题报告 应用化学 通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维 一、选题的背景与意义 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。 制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。 三、研究的方法与技术路线： 合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。 将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。 上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度： 2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤； 2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告； 2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩； 2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。 五、主要参考文献： [1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct
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，
超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要：这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展，以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁，也成为“荷叶效应”，就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合，在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则，为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数，这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度，静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外，本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字：超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望
Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook
综述与专论 合成纤维工业,2009,32(4):48CH I NA SYNTHETI C FI BER I NDUSTRY 收稿日期:2008 09 17;修改稿收到日期:2009 05 27。作者简介:董晓英(1956 ),教授。从事纳米材料的教学和科研工作。 静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用 董晓英1 董 鑫 2 (1.江苏技术师范学院,江苏常州 213001;2.慕尼黑大学,德国慕尼黑 80539)摘 要:简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条 件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。 关键词:静电纺丝 纳米纤维 工艺 生物 医药 应用 中图分类号:TQ 340.64 文献识别码:A 文章编号:1001 0041(2009)04 0048 04 静电纺丝法是一种高速制备纳米纤维的有效方法,其装置简单,成本低廉,供选择的基体材料和所载药物种类众多,可通过改变电压、流速、接 收距离、溶液浓度配比等纺丝工艺控制纤维形貌,从而控制药物的释放。静电纺丝纳米纤维在生物、医药方面有着广泛的应用。1 静电纺丝及其工艺条件 静电纺丝技术最早报道于1934年的美国专利[1] ,发明人For mhals 用静电斥力的推动成功纺出醋酸纤维素纤维,溶剂为丙酮和乙醇。后来,For mha ls 改进了静电纺丝设备,通过多个针头纺丝或复合纺丝 [2] 。 1969年,英国Taylor [3] 研究了强电场作用下 水/油界面的形成。首先,从理论计算上考虑电场、重力和溶液粘度的影响,建立了锥状物模型,即在高压电场下溶液喷出前的形状称为Tay lor 锥。Tay l o r 还根据其模型计算了喷出时的临界锥角为98.6 。 静电纺丝纤维喷出针头后,在空中弯曲回转,最后落在接收器上,给人多股纤维同时喷出的印 象。阿克隆大学的Dosh i 等[4] 假设带电高分子溶液在喷出后互相排斥,克服表面张力而分裂成若干股纤维,落到接收器上形成无纺纤维毡。但是 麻省理工学院的Shin 等[5]和以色列的Yari n [6] 等通过高速成像,只有1股纤维从喷丝口喷出,然后在电场力作用下快速弯曲旋转,给人以很多股纤维的假象。1971年,杜邦公司的B au m garten [7] 研究了纺丝工艺参数对丙烯酸在N,N 二甲基甲酰(D M F)胺溶液中静电纺丝纤维直径的影响。纺 丝工艺参数主要包括喷射距离、溶液粘度、环境气体、流速和电压等。 1.1 电压 足够的电压是形成连续稳定纤维的先决条件。如果电压过小,则产生静电喷射,形成独立的珠状物。随着电压的增加,逐渐形成串珠结构,电压进一步增大,串珠逐渐减少,直至形成连续稳定 的纤维。Deitzel 等[8] 研究了聚氧化乙烯(PEO )/水体系中电压对喷丝口Tay lor 锥表面的影响。结果表明,当电压较小时,Tay lor 锥形成于针头外悬挂液滴的表面;随电压增加,液滴体积逐渐变小,直至液滴和Tay lor 锥相继消失。同时,纤维上串珠的分布密度也随电压增大而增加。因此,一般适宜电压为10~25kV 。1.2 流速 流速是影响静电纺丝纤维形貌的另一重要参数。M ege lski [9] 等研究了静电纺丝流速对聚苯乙烯/四氢呋喃(THF)体系的影响,随着流速增大,纤维直径增加,纤维表面的孔径也增大。同时,流速增大也促进了更明显的串珠结构,其原因是溶剂在到达接受装置前不能完全挥发。目前所采用的流速为1~3mL /h 。1.3 接收距离 接收距离也会在一定程度上影响静电纺丝的 纤维形貌。Jaeger [10] 等研究了PEO /水溶液的静电纺丝行为,随着接收距离由1c m 增大到3.5c m,纤维直径从19 m 下降到9 m 。根据M egel
Vo.l 28 高等学校化学学报No .72007年7月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 1220~1222 静电纺丝法制备SrTi O 3多晶微纳米纤维 周险峰1,2,赵 勇2,曹新宇2,薛燕峰1,许大鹏1,江 雷2,苏文辉1 (1.吉林大学物理学院,长春130012;2.中国科学院化学研究所分子科学中心,北京100080) 摘要 应用静电纺丝法并结合So l g el 技术制备了SrT i O 3微纳米纤维.SE M,TEM 及电子衍射分析结果显示,于900 煅烧获得的纤维直径分布在50~400n m 之间,其典型直径约为280n m.XRD 分析结果表明,纤维由立方结构的S r T i O 3晶粒组成,平均晶粒尺寸为33n m. 关键词 静电纺丝;溶胶 凝胶;钛酸锶(Sr T i O 3);超细纤维 中图分类号 O 614 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2007)07 1220 03 收稿日期:2007 03 19. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:30370406)资助. 联系人简介:许大鹏(1960年出生),男,博士,教授,博士生导师,主要从事稀土纳米材料研究.E m ai:l xudp@jlu .edu .cn 钛酸锶(Sr T i O 3)为典型的ABO 3钙钛矿型氧化物,由于具有高介电常数、低介电损耗和热稳定性好等优点,在电子、机械和陶瓷工业领域中已得到广泛应用[1].近年来,Sr T i O 3纳米材料的制备和研究 已引起了人们的极大兴趣,但已有研究主要集中于纳米粉体和纳米薄膜上 [2,3],而具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米纤维的制备及研究还未见报道. 作为一种制备微纳米超细纤维重要而简单的方法,静电纺丝技术被应用于无机材料微纳米纤维的制备始于2002年[4],至今人们已制备出20多种无机材料超细纤维[5~7].当前国际上微米/纳米系统的研究热点是纳米材料的可控调变制备及其在纳电子学中的应用,通过制备尺寸、形貌和结构都可控的微米/纳米结构单元,进而研究组装分子电子器件、纳米结构传感器等新型器件.因此,制备具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米电子陶瓷纤维,在纳电子学研究方面具有重要的应用价值.本文应用静电纺丝法并结合溶胶 凝胶(So l ge l)技术,制备了Sr T i O 3多晶微纳米纤维. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 乙酸锶[Sr(C H 3C OO )2 1/2H 2O )],分析纯,A lfa A esar 公司;钛酸四丁酯[T i(OC 4H 9)4],化学纯,北京化学试剂公司;聚乙烯吡咯烷酮(P VP), A.R.级,ALDR I C H 公司,平均分子量1300000;无水乙醇(C 2H 5OH )和冰醋酸(C H 3COOH )均为分析纯,北京化学试剂公司. JEOL JS M 6700F 型扫描电子显微镜(SE M );J EOL 100CX 型透射电子显微镜(TE M );R i g aku D /m ax 2500型X 射线衍射仪(XRD);STA 409PC 型差热 热重分析仪(TG DSC ,NETZSC H 公司). 1.2 前驱体溶胶的配制 在搅拌下,将0 54g 乙酸锶缓慢地加入到10mL 质量分数为10%的PVP 乙醇溶液中,再滴入1mL 冰醋酸,然后把0 85g 钛酸四丁酯边搅拌边滴入到上述溶液中,在室温下搅拌2h,得到前驱体溶胶. 1.3 静电纺丝 将前驱体溶胶加入到由玻璃注射器制成的纺丝器中(纺丝喷头内径为0 8mm ),用一根插入前驱体溶胶中的铜丝作阳极,铝箔作阴极,铝箔与水平面成30!角,阳极和阴极之间的垂直距离为15c m,在18kV 电压下静电纺丝,在铝箔上即得到无序排列的复合超细纤维. 1.4 Sr T i O 3微纳米纤维的制备 将从铝箔上取下来的复合纤维放入马弗炉中,以2 /m i n 的速率升温,在600,800和900 下分
基金项目:国家自然科学基金(20904037)、江苏省自然科学基金(BK2009141); 作者简介:李蒙蒙(1988-),男,硕士研究生,主要从事静电纺丝制备纳米材料及其性质等方面的研究; ＊通讯联系人,E -mail :dy yang2008@sinano .ac .cn . 静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展 李蒙蒙1,2,朱 瑛1,仰大勇1＊,蒋兴宇3,马宏伟1 (1.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215125; 2.青岛大学物理科学学院,青岛 266071; 3.国家纳米科学中心,北京 100190) 摘要:静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制 备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究 的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展 方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应 用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。 关键词:静电纺丝;纳米纤维薄膜;应用进展 引言 静电纺丝是一种简便易行、可以直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法,其制备的纳米纤维薄膜通常是以无纺布形式存在的。静电纺丝技术具有一些突出的优点:设备和实验成本较低,纤维产率较高,制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内),并且适用于许多不同种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维薄膜在许多领域具有广泛的潜在应用 [1～6]。静电纺丝的原理和设备如图1(a )所示[7],高压电源提供高压,正极接在医用注射器的不锈钢针头上, 负极(接地)接在铝箔上。电压一般在5kV 到30kV 之间,针头到收集极间的距离(工作距离)一般在5cm 到20cm 之间。实验时,将纺丝溶液装入注射器内,并加上高压。由于高压电场的作用,在针头处形成“泰勒锥”。溶液在高电压作用下形成射流,并经过多次分裂,同时溶剂快速挥发,在收集板上就得到了微纳米尺度的纤维,如图1(b )&(c )所示 。 图1 (a )静电纺丝的装置示意图及得到的聚合物纳米纤维的(b )数码照片和(c )电镜照片[7] Fig ure 1 (a )Schematic illustration of electr ospinning se t -up ;(b )Dig ital came ra imag e and (c )SEM image o f electro spun nanofiber s co llected on an aluminum fo il [7] 近年来,静电纺丝逐渐成为材料科学与纳米科技的研究热点之一,吸引着全世界的科技工作者。纵观近期已发表的相关文献,研究的内容包括以下几个方面:(1)新材料静电纺丝的制备,主要包括生物材
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
1.静电纺丝的定义 静电纺丝又称“电纺”, 是一种使带电荷的聚合物溶液或熔体在静电场中射流来制备聚合物超细纤维的加工方法。在电纺丝过程中,喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下,受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴,在电场诱导下表面聚集电荷, 受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时,喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状,形成所谓的“泰勒锥”，而当电场强度增加至一个临界值时,电场力就会克服液体的表面张力,从“泰勒锥”中喷出。在高速震荡中,喷射流被迅速拉细,溶剂也迅速挥发,最终形成直径在纳米级的纤维,并以随机的方式散落在收集装置上,形成无纺布。 2.静电纺丝的生物材料领域应用可行性 由电纺丝纤维制得的无纺布具有孔隙率高、比表面积大、纤维精细程度与均一性高、长径比大等优点, 这些优点使其具备了现实的和潜在的众多应用价值。由电纺法制备出的无纺布具有良好的生物相容性和结构相容性,可以在生物医学材料中广泛应用。通过对材料加工过程的调控,可以实现电纺丝材料在结构、形貌、组分和功能上满足生物医用材料的要求。 3.用于组织工程支架制备的纺丝工艺 ①溶液浇铸成孔剂滤出法。该法所用的成孔剂含量低,由于采用溶液浇铸于器皿中,从而导 致成孔剂下沉,孔隙分布不均匀以及上下表面形态出现诧异。 ②三维层化法。通过制备多孔膜,然后再通过溶剂把各层粘接起来,从而形成三维的支架。该法工艺复杂,而且在粘接过程中,粘接部分孔被封闭,从而形成界面,使材料内部形态不均匀。③熔融加工法。该法在聚合物的熔点以上,把成孔剂与聚合物共混挤人模具。冷却得到预定形状的多孔支架。该法的缺点是在挤出机里,由于熔体与成孔剂的密度相差较大,因而混合难以均匀。而且部分聚合物,尤其是生物可降解的聚合物在熔融加工时,容易热降解。 ④相分离法。该法采用溶液混合物冷却到溶剂的熔点以下,从而产生相分离。再通过真空干燥,从而得到多孔支架。该法的缺点是所得的孔径一般在10μm 以下,而且控制较为困难。 ⑤高压二氧化碳法。该法采用把已成型的聚合物暴露于高压二氧化碳。再通过减压把溶于聚
建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快，污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标，由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活，更是严重危害人民的身心健康；水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此，开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级，且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控，大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 （1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中材科技股份有限公司，江苏南京 210012） [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性，在多个领域都有着不可替代的作用，尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果，展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤；液体过滤；被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域，表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程，最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中，一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3]，这是首次利用高压静电制备纤维的装置，其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.doczj.com/doc/dc4220712.html,ki.jskj.2018.21.014
静电纺丝操作步骤（有粘结性的溶液） 溶液配制好后按如下步骤进行喷丝实验: 1.打开总开关，检查正负压电源的调节旋钮是否归零（左旋到底），紧急停机旋 。 2.控制面板上的钥匙电源开关右拧，此时进 入标签页面。点击来到推注控制页面。 3.或，快速将注射器的
活塞推到底，此时点击。 4.点击，使滑块迅速移退至一定位置，取出空的注射器，将纺丝液注入到 注射器中，固定到推注泵卡口处，通过或来调节滑块位置，使针头 此时显示框内出现负值， 的可用长度，在此范围内任意设定需要纺丝的距离。 5. 接收器：固定式的，平行式的，高转速的） 6.点击并修改、或参数。 7.通过设备底部滑台上的夹子调节喷丝头与连接器之间的距离， 确定好位置，高压夹头加紧，点击，此时推注装置开始单独运行。 8.将控制面板上的、红色按钮按下，此时正负高压开 启，调节旋钮；边观察纺丝现象边调节 （目的是调节喷丝效果），直至出现比较稳定的喷射流即可。 9.若启动平移装置，可以通过触摸屏点击，首先检查平移部分的中点，一 般将标尺的零点设定为中点，并设定平移行程和平移速度。也可以通过点击 “设为中点”即可将当前 位置设定为平移中点， 点击，此时平移装置开始单独运行。 10.若需启动接收装置，可以通过触摸屏点击，设定转辊接收速度，直接 以及。 11.若需要同时启动两个推注装置、平移装置、接收装置，可以分别在相应的标 签页面设置好运行参数之后，点击进入联动标签页面，点击，此时所有能动的装置都会启动，如需停止，点击“停止”即可，此为联动启动功能。 12. 完毕之后再打开正负高压继续进行实验。 13. 操作功能之后方可手触所收集的材料。
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用 戚妙北京永康乐业科技发展有限公司 １．静电纺过滤材料简述 一般说来，人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行：天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]：①机织物、针织物、编织网和纤维束等；②纺粘和熔喷无纺布；③多孔陶瓷材料；④有机膜和无机膜材料； ⑤静电纺丝材料。 传统纤维过滤材料是直通的孔隙，其孔隙率也只有30%～40%[4]。从生产工艺流程角度审视，传统纤维织造过滤材料流程长，产品的生产效率低，主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤，滤料本身产生的阻力也比较大；且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后，才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用，如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时，就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。 在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点，现将其归纳成以下几个方面[5-9]。 （1）纤维直径小，均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径，因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器，随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。 （2）小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%～90%，这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时，对水流只会产生较小的阻碍比。 （3）大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积，这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率，这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次，当过滤的颗粒非常小时，这些细小的颗粒会堆积在膜表面，产生所谓的“层效应”，也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。 （4）可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中，大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面，只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积，这就决定了该过滤材料方便清洁的特性，它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。 （5）低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一，它的优点甚多，可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。 目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域，其对直径在0.3um以下的颗粒，过滤效率可达到99.97%以上，也由于它出色的过滤精度，该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用 根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面： 2.1气体过滤