静电纺丝工艺与装置的研究进展
薛 花,熊 杰,李 妮,刘冠峰
(浙江理工大学先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室,杭州 310018)
摘 要:主要综述了通过改变静电纺丝接收装置制取定向、螺旋排列的纳米纤维。列举了添加附加磁场、辅助电极、超声震动等方法而改进了的新型静电纺丝装置。还介绍了多层静电纺丝、混合静电纺丝和同轴静电纺丝。
关键词:静电纺丝;影响因素;装置中图分类号:T Q340.64
文献标识码:A
文章编号:1009-265X(2010)02-0048-04
收稿日期:2009-10-12
基金项目:973计划前期研究课题(2008CB617506),长江学者
和创新团队发展计划资助(IRT 0654),先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室开放基金资助项目(2006003)
作者简介:薛 花(1986-),女,江苏江阴人,硕士研究生,主
要从事纳米纤维与复合材料的研究。
0 引 言
静电纺丝是一项能制备纳米级到微米级纤维的技术,相比于其他方法,该技术更加方便、简单、灵活,而且可以适用于大部分聚合物。静电纺纳米纤维膜具有比表面积大,孔隙率高等特点,已经得到了人们广泛的关注。但是由于纺丝过程中射流存在着一种不稳定的/鞭动0状态,使得接收装置上纤维的排列往往是杂乱无章的,因此越来越多的研究者开始致力于取向纳米纤维制取的研究。1 静电纺丝
111 静电纺丝的基本原理
静电纺丝装置一般由高压电源,喷丝头和接收装置3部分组成,如图1所示。聚合物的表面张力
与带电液滴在喷丝头末端处于平衡,随着电压的加大,液滴被逐渐拉长形成锥体(Taylo r 锥)。当电场增加到临界值时,电荷斥力大于表面张力,射流从T ay lor 锥表面喷出。射流先后经过一个稳定和不稳定的拉长过程,变长变细,同时溶剂挥发固化,以无序状排列于接收装置上,形成纤维毡(网或者膜)
[1-2]
。
112 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
图1 静电纺丝装置图
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。
邵东锋[3]
对PAN/DM F 浓度,静电电压,溶液
挤出量,接收距离等参数进行了研究,发现纤维直径随溶液浓度的增加而增大,随电压的增加而减小,随接收距离增加也减小,而溶液挤出量在一定范围内对纤维形态的影响不大。覃小红等[4]将PAN 溶于DMA C 中,也得出了同样的结论。
李妮等[5]以聚乙烯醇和聚丙烯腈溶液为原料进行静电纺丝,来研究溶液性质对静电纺纤维形态的影响。实验发现随着溶液质量分数的增加,串珠明显减少,纤维直径增加;溶液导电性的增加使纤维直径的离散程度明显减小,而对纤维直径的大小和串珠的影响不大。
赵从涛等[6]在PAN/DM AC 溶液中加入不同种类的盐LiCl,NaNO 3,N aCl,CaCl 2来控制纺丝液的导电性,进而研究不同种类盐的加入对PAN 静电纺丝的影响。实验发现盐对导电性大小的影响顺序为LiCl>N aNO 3>CaCl 2>NaCl>无盐,对纤维直径的影响顺序依次为LiCl>NaNO 3>CaCl 2>NaCl 。
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2 静电纺丝装置211 静电纺丝接收装置
采用传统的静电纺丝接收装置,由于纺丝过程中不稳定状态的存在,在接收装置上得到的纤维往往是无序排列的。因此,制取具有独特的电学、光学、机械性能的取向纤维引起了研究者的极大兴趣。获得高度取向的静电纺丝纤维的主要方法是通过改进接收装置和控制电场等方法来实现的。21111 平行板接收装置
Li Dan 等[7]
尝试了一种新的方法排列纤维,他们将两个电极平行放置(如图2),纤维在下落过程中受到静电力的作用,并在垂直于平行电极的方向被拉直沉积,最终搭载在两个电极之间(如图3)。
他们认为两个电极产生的静电力是纤维取向排列的主要原因。这种方法所得的纤维取向排列程度有很大提高,排列纤维面积也有很大增加,是一种简单而行之有效的方法。
21112 制备螺旋状纤维的接收装置
Yu Jie 等[8]设计了一种新型的接收装置(如图4),用来收集定向排列的螺旋状纤维(如图5)。与传统的静电纺丝装置不同,接地的接收电极是一个固定在木板中心的直径为2mm 的金属电线。接地电极与喷丝头之间存在一定的角距离,且在两者之
间放置一块倾斜的载玻片,用来接收螺旋状的纤维。
在纺丝过程中,当射流到达收集板表面时被挤压产生机械不稳定性,从而产生弯曲折叠、曲折褶皱或者螺旋结构的纤维。
21113 动态水浴接收装置
Teo Wee -Eo ng 等[9]设计了一种新型的动态水浴接收装置,如图6所示。该装置主要是通过水流由上水槽底部直径为5mm 的洞流出时形成的漩涡,对纤维进行拉伸。用水泵连接上下两个水槽形成一个循环,使水能重复循环使用并且保持上水槽的水位不变。在上水槽中插入一根导线,将水面上多余的电荷导出。在不拉断纤维的前提下,旋转的离心力和水流牵引作用下
,对纤维进行很好的拉伸牵引。纤维在漩涡底部汇聚成纱线,从槽底的洞中流出,并用旋转的滚筒接收纤维纱线。
图6 动态水浴接收装置图
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212 附加磁场的静电纺丝
Wu Yue 等[10]在静电纺丝过程中加入电场,如图7所示。在磁场的作用下
,射流中的电流所产生的安培力的方向始终指向初始平衡点,从而导致鞭动范围减小,射流的稳定性控制得到提高。
图7 辅助磁场装置图
213 带有辅助电极的静电纺丝装置
Carnell Lisa S 等[11]在喷丝头对面,且与旋转的圆筒接收装置呈90e 角处放置一个辅助电极(如图
8)。该电极提供与喷丝头上大小相等方向相反的电压。该装置产生一个可控的电场以消除电纺过程中的弯曲不稳定和鞭动,从而使电纺射流沿一个稳定的轨迹喷射。
图8 带有辅助电极的静电纺丝装置
Kim GeunH y un 等[12]
则将一个圆柱型电极以
一个铜导线与多喷丝头连接(如图9),使得喷丝头附近的射流间的相互排斥减小,电纺射流稳定。圆柱型电极覆盖在多针头上用来减少边缘效应,其纺丝得到的纳米纤维膜的面积较未加辅助电极的要小得多。同时,使用带有辅助电极的多针头静电纺丝装置可以提高静电纺纳米纤维的生产率。
214 振动静电纺丝
万玉芹等[13]使用传统静电纺丝设备和自行设计的振动静电纺丝设备(如图10)分别对聚丙烯腈(PAN)和聚氧化乙烯(PEO)进行纺丝。与用传统静电纺丝装置获得的PAN
纳米纤维相比,加了超声振动纺丝机使获得的PAN 纤维直径由1000nm 图9 带有圆柱形辅助电极的多喷头静电纺丝装置
降到700nm 左右,PEO 由用传统静电纺丝装置不可纺变成了可纺,并且获得了直径在100nm 左右的PEO 纤维。实验证明,超声波振动可以有效降低聚合物溶液的黏度
,增强其流动性能。将超声波振动引入静电纺丝过程中后,超声波振动可以达到有效降低纺丝纤维细度、提高溶液可纺性的目的。
图10 超声振动纺丝装置
H e J H 等[14]设计了一种振动-熔融纺丝的方法(如图11)。这种方法主要特点也是在传统的静
电纺丝设备的注射器末端连接一个超声发生器,在注射器的头端连接加上一个电热器或采用同轴设施内轴为纺丝液,外轴通高温回流蒸汽的加热设备。这种方法非常适合高黏度、大分子量的聚合物,纺出的纤维更细,具有更大
的比表面积,更高的纳米效应,能够更好地模拟细胞外基质的网状结构特点。
图11 振动-熔融纺丝法
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215 多层静电纺丝和混合静电纺丝
多层静电纺丝和混合静电纺丝如图12的多层纤维膜,且每层的聚合物纤维膜种类不同。混合静电纺丝是载有不同聚合物溶液的两个或多个喷丝头
同时纺丝[15]。这两种方法都可以根据具体的要求得到针对性较强的细胞支架,在组织工程支架的制备方面有很好的发展前景。
图12 多层纺丝法和混合纺丝法
216 同轴静电纺丝
同轴静电纺丝使用两个注射泵内外重叠放置的复合式喷头,因此可用于制备具有皮-芯结构的纳米纤维(如图13)。这种方法非常适用于天然材料和合成材料的复合纺丝,一般外喷头中的纺丝液为天然材料,内喷头中的纺丝液为合成材料,制备出来的纤维为同时具备良好的生物黏附性和较好的物理机械性能的/
天然-合成0皮-芯结构的纳米纤维。
图13 同轴纺丝装置图
Jesse T M cCann 等[16]将熔融静电纺丝与同轴喷丝头相结合(如图14),以低熔点的非极性十八烷作为核,二氧化钛和聚乙烯吡咯烷酮(T iO 2-PVP)的
混合液为壳纺制出相变纳米纤维。玻璃注射器外部放置绝缘加热罩,使十八烷保持熔融状态。纺丝过程中溶剂挥发,射流冷却
,从而使内层液体迅速固化。这种方法可以使非极性的固体,静电纺丝与封
装一步到位。
图14 同轴熔融静电纺丝装置示意图
3 结 语
静电纺丝法制备聚合物纳米纤维具有设备简单、成本低廉、操作容易以及高效等优点,被认为是制备大量聚合物连续纳米纤维最有效的方法。而目前采用静电纺丝制取纳米纤维的方法还仅局限于实验室阶段,开发产量高的静电纺丝机,将静电纺纳米纤维从实验室推向市场,将成果产业化有待今后深入研究。参考文献:
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(下转第54页)
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高粗糙度的任何纺织物表面,水接触角测定方法存在不够精确的问题。
在涤纶织物上的聚苯乙烯/PGM A/银纳米粒子/PVP/PGM A多层体系中,银粒子在高温(聚苯乙烯接枝时)和在甲苯中超声波处理下都没有分离,表明这个体系完整性好。
涤纶织物用聚苯乙烯/银粒子多层处理和只用聚苯乙烯(没有银纳米粒子)处理后的静态水接触角测定相比较,接触角从113b?4b增至157b?3b,织物接触角的显著增加是由于聚苯乙烯聚合物的疏水性和由银纳米粒子引起的粗糙性协同作用的结果。213洗涤试验
洗涤试验进一步说明了纳米粒子处理在涤纶织物上的耐久性。洗涤前的接触角为150b~155b,洗涤后的接触角为145b~150b,接触角平均只降低5b,表明纳米覆盖与疏水性聚合物一起是十分牢固的,甚至在剧烈的洗涤条件下也能保持良好的完整性。
3结论
由疏水性聚合物聚苯乙烯接枝层/银纳米粒子体系形成的粗糙的疏水性表面,显示了优良的超疏水性能。
银纳米粒子在疏水性聚合物层中是牢固耐久的,不会产生聚集问题。但在改性体系中应用银纳米粒子会使织物比处理前硬挺得多。
虽然所有试验的织物都显示增加了拒水性能,但不是每种织物都达到超疏水性。对于具有荷叶效果的超疏水性织物,不仅需要疏水性成分,而且还需要有适当的织物粗糙度。在某些情况下,只要有合适的粗糙度和疏水性成分,甚至不需要纳米粒子也可以产生荷叶效果。因此,合适的织物粗糙度,是织物生产超疏水性荷叶效应的一个重要的因素,而这种织物粗糙度可以用改变经纬向纱线间空间加以调节。
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(责任编辑:许惠儿)
(上接第51页)
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(责任编辑:许惠儿)
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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
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/e712367150.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
多种静电纺丝与3D 打印技术结合的实例 申请日期 标题 发明人 内容 2016-06-07 一种用于静电纺丝的3D 打印喷头及打印机 孟想;辛 斌杰;靳 世鑫;张 弢 一种用于静电纺丝的3D 打印喷头，其特征在于：包括料筒， 所述料筒的上盖封闭所述料筒，上盖上方连接压缩杆，压缩杆 由压缩电机带动上下移动，从而带动上盖上下移动，所述料筒 的底盖为均匀设置有多个通孔的喷丝板，所述喷丝板采用导体材料制作，连接静电发生装置，喷丝板下方连接有保护罩，保护罩下方是3D 打印平台，在3D 打印平台下方设置有电极。采用本发明的3D 打印喷头的打印机，采用三个平台的设置，使 喷头和电极不用移动。本发明的用于静电纺丝的3D 打印喷头 和打印机，能够直接从喷丝板喷丝出来的同时加载静电，效率 高，控制方便，成纱均匀，连续性和稳定性都大大加强。 201 6-04 -15 一种基于3D 打印技术制备生物可降解聚合物自扩张式血管 支架的方法 顾书英;金升朋 一种基于3D 打印技术制备生物可降解聚合物自扩张式血管支 架的方法。具体步骤为：合成具有良好生物相容性、生物可降 解性聚乳酸基形状记忆聚氨酯/Fe3O4纳米复合材料，通过熔融 沉积制造技术将复合材料制备成血管支架。另外为提高血管内皮修复速度，通过静电纺丝在支架表面有选择性地引入西罗莫司、肝素或内皮生长因子等。本发明基材的形状记忆功能增加 了一个“时间”维度，结合3D 打印成型，赋予支架4D 成型概念；利用Fe3O4的磁热效应可以远程激发形状记忆聚合物发生形状回复，使血管支架自行扩张，支架植入时，不需要球囊扩张， 避免了球囊扩张时支架的轴向缩短、撤出时的径向回弹，对血 管的损伤降到最低程度，并且Fe3O4的引入还解决了聚合物支 架显影性差的难题。
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，
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/e712367150.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
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
静电纺丝技术的研究及应用 常 会，范文娟 （攀枝花学院生物与化学工程系，四川 攀枝花617000） 摘 要：介绍了静电纺丝的装置、静电纺丝基本原理及影响纤维成形与纤维形貌的各种因素，同时叙述了静电纺丝在过滤材 料、生物医学工程、电学和光学、催化剂载体材料方面的应用。最后对静电纺丝发展方向进行了展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；应用 Research and Application of Electrospinning Process CHANG Hui ，FAN Wen －juan （Biology and Chemistry Engineering College ，Panzhihua University Panzhihua ，Sichuan Panzhihua 617000，China ）Abstract ：The basic principle of electrospinning ，equipments of electrospinning ，and parameters influenced the fiber formation and fiber morphology were introduced．The application of the electrospun nanofibers in many fields of filtration material ，biomedical engineering ，electrology and photology and catalyst carrier material was introduced．Finally ，the de-velopment of the electrospinning was prospected as well． Key words ：electrospinning ；nanofibers ；application 作者简介：常会（1984－），男，助研，主要从事功能型高分子材料的研究。 静电纺丝又称电纺技术，是聚合物流体或熔体在高压电场作用下从喷嘴进行喷射拉伸而获得固体纳米级纤维的纺丝方 法。最早可以追溯到1974年，Bose 所发现在流体液滴上施加高压电场所产生的电喷雾技术［1］。直到1934年，由Formhals ［2］ 发明了一种用静电推力使丙酮作溶剂的醋酸纤维素溶液产生聚合 物细丝的设备， 并且申请了专利，此后较多研究者对静电纺丝进行了研究。20世纪90年代以后，随着纳米材料和纳米技术研究的兴起，静电纺丝技术引起人们的重视。静电纺丝所纺纤维除 直径小的特点外， 还具有诸多优势如纤维取向各向异性、比表面积大、孔隙率高、精细程度一致和均一性高与长径比大等优点，使其在化学、物理（热、光、电磁等）学等领域具有特殊性质，因而在医药、工业、国防等方面具有巨大的应用潜力，引起研究者浓 厚的兴趣 ［3－6］ 。1静电纺丝装置 静电纺丝装置主要由3部分组成：高压电源、溶液储存装 置、喷射装置与接收装置组成。高压静电场一般采用最大输出电压为30 100kV 的直流高压静电发生器来产生。溶液储存装 置可以使用注射器或储液管等， 装置内装满聚合物溶液或熔体，并插入一个金属电极。该电极与高压电源相连，使液体带电。喷射装置为内径0．15 2mm 的毛细管或注射器针头。静电纺 丝装置包括平行式［7］和垂直式［8］ 两种。垂直式静电纺丝机的喷 丝头与收集板是垂直排布（立式）的， 利用液体或熔体本身的重力使其从针孔处流出，垂直式纺丝装置最简单、主要用于静电纺丝的基础研究；平行式静电纺丝机的喷丝头与收集板水平排布 的， 利用数控机械装置缓慢推动注射器将溶液或熔体挤压出来。最早的接收装置是金属平板，为了实现静电纺丝纤维形态的可控和特定取向结构的制备，研究者们发展了圆柱状转鼓接收装 置、旋转圆盘接收装置、框架接收装置、尖端接收装置和相对圆 环接收装置等［9］ 。近年来还发展了多喷头的纺丝装置，在纺丝过程中将不同聚合物分别放置在不同的喷嘴里，并且高速往复移动收集滚筒，最终制得的不同聚合物纳米混合纤维能很好地均匀结合在一起，并且使用多喷嘴可以提高静电纺丝的生产率 。 图1典型静电纺丝装置图— 平行式 图2典型静电纺丝装置图—垂直式 · 21·广州化工2011年39卷第21期
第33卷第1期明胶科学与技术2013年3月T he Sci ence and T echno l ogy of G e l a t i n V01．33．N o．1 M a r．2013． 明胶静电纺丝的研究进展 卢伟鹏张兵+郭燕川” 中国科学院理化技术研究所，北京，100190 摘要：作为天然高分子之一的明胶无毒无味，具有优异的生物相容性及生物可降解性。利用静电纺丝技术制备的明胶纳米纤维膜材料能最大程度地仿生天然细胞外基质的胶原蛋白结构，因此在生物医用材料领域具有广泛的应用，引起了国内外学者的普遍关注。本文介绍了明胶静电纺丝装置、工艺的研究进展，同时总结了明胶静电纺丝纳米纤维膜材料在生物医疗领域内的应用研究情况，并展望了明胶静电纺丝工艺与明胶纳米纤维膜材料的发展趋势和研究方向。 关键词：明胶；静电纺丝；纳米纤维；进展 静电纺丝技术(El ect r os pi nni ng f i ber t e ch—ni que)是指带电的高分子溶液(或熔体)在静电场力的作用下拉伸变形，再经溶剂挥发(或熔体冷却)而固化，从而获得纳米纤维的工艺。静电纺丝这一技术最早在1934年由美国For m hal s提出¨．2J。1966年，Si m ons发明了一种电纺装置，制备出超薄的无纺布∞J。1981年M anl ey和La=ondo利用静电纺丝将聚乙烯和聚丙烯熔体制备成连续纤维H“J。20世纪90年代初，美国阿克伦大学R ene ker课题组对该技术进行了进一步研究，利用静电纺丝技术制备了多种聚合物直径较小的纤维，推动了静电纺丝技术的发展o7，8|。近十年来随着对纳米材料的广泛应用及独特性能的开发，静电纺丝技 }e-m a i l：Z hangbi ng@m ai l．i pc．ac．cn {}e-m ai l：Y anchuanG uo@m ai l．i pc．ac．cn 术的实验和理论工作也得到了深入的研究。目前已有几百种聚合物通过静电纺丝技术制备出超细纤维材料，其中包括合成的可降解聚合物，例如聚乳酸、聚乙交酯、聚氧化乙烯、聚己内酯等及其共聚物，天然高分子如蚕丝蛋白、纤维蛋白、胶原蛋白、壳聚糖、透明质酸、D N A 等。天然高分子在生物相容性和生物可降解性方面比合成高分子具有更大的优势，更适合生物医疗方面的应用，受到国内外学者的青睐。 明胶是由动物体内的胶原蛋白水解制备而成，其氨基酸组成和胶原相似，具有良好的生物相容性、可降解性以及低免疫原性∽。11|。因此，明胶在国民的生产生活中应用具有重大的意义。目前常用的明胶加工手段(冻干、涂布、浸渍等)制备出各种明胶产品，例如明胶海绵、明胶膜、胶囊、胶片，其不具有纳米结构，因此产品在生物相容性、生物可降解性上具有一定的缺陷，造成其机械性能、防潮、抗湿、抗菌方面性能的降低；同时也影响明胶优良生物活性的发挥。利用静电纺丝技术，可简单快捷地制备具有纳米结构的纤维膜材料。从结构上讲，其具有明显的小尺寸效应，大的比表面积和超分子的排列效果。另外，明胶纤维膜材料表面形成很多微小的二次结构，这与细胞外基质的结构类似，更接近于生物体的结构尺寸；从性能上讲，由于其特殊的纳米结构，纤维膜材料具有很强的吸附力、良好的过滤性、阻隔性、粘合性、保湿性、良好的生物相容性及生物
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
静电纺丝的原理及应用 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。静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
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。
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。
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。