刘延波谈静电纺纳米纤维技术

静电纺丝制备纳米纤维的研究进展近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料的应用领域也越来越广泛，其中纳米纤维作为一种新型材料备受关注。

静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维的有效方法，其应用范围也越来越广泛。

本文将介绍静电纺丝制备纳米纤维的研究进展。

1. 静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子材料制备成纳米纤维的方法。

该技术具有工艺简单、操作方便、成本低、制备纤维直径可调等优点。

静电纺丝技术离不开两个基本元素：溶液和电场。

高分子材料被溶解在溶液中，经过特定的处理后，在电场的作用下开始拉伸，形成纳米直径的纤维。

2. 静电纺丝技术的优缺点静电纺丝技术在制备纳米纤维方面具有以下优点：①纳米纤维可以制备成连续的纤维丝，其长度可达数百米以上，比传统制备方法的纤维连续性更好；②纳米纤维直径可在10纳米至数微米之间调节；③制备成纳米纤维的材料具有极高的比表面积和孔隙度，这些特性使得其在耐热性、膜分离、天然气储存等方面具有广泛的应用前景。

但是，静电纺丝技术也存在一些缺点：①纤维纳米化会导致纤维的拉伸力和断裂十分容易，因此在制备过程中需要控制拉伸度，避免出现纤维过于脆弱导致纤维丝断裂；②由于溶剂挥发以及电场造成的电荷分布不均，容易导致制备的纳米材料出现不均匀性和不稳定性。

3. 静电纺丝技术的进展目前，在静电纺丝技术领域已有许多研究成果。

例如，在制备金属氧化物、生物纳米纤维、纳米复合材料、药物等方面都有广泛的应用。

例如，学者们在制备PCL（聚己内酯）纳米纤维过程中，将X射线光谱法和原子力显微镜（AFM）技术结合，探究了纤维的结构、力学性能和表面形貌等。

研究结果表明，纤维直径的变化可以显著改变材料的力学性能。

在另一项研究中，学者们使用静电纺丝技术制备出药物包被的聚乳酸（PLA）纳米纤维，实现了药物的缓慢释放，有望在医药领域得到应用。

4. 静电纺丝技术未来发展随着人们对纳米材料需求的增加，静电纺丝技术的应用前景也越来越广阔。

静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景一、本文概述本文旨在深入探讨静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景。

我们将详细阐述静电纺丝技术的基本原理，包括其工作原理、操作步骤以及关键影响因素。

接着，我们将概述当前静电纺丝纳米纤维的研究现状，包括纳米纤维的制备技术、性能调控以及应用领域等方面的最新进展。

我们将展望静电纺丝纳米纤维的未来应用前景，分析其在各个领域中的潜在应用价值以及可能面临的挑战。

通过本文的综述，我们希望能够为相关领域的研究人员提供关于静电纺丝纳米纤维的全面了解，并为未来的研究提供有益的参考和启示。

我们也期望能够引起更多研究者对静电纺丝纳米纤维技术的关注，共同推动其在各个领域的广泛应用和发展。

二、静电纺丝纳米纤维的工艺原理静电纺丝是一种利用静电场力将高分子溶液或熔体拉伸成纳米级纤维的技术。

其工艺原理主要涉及到电场力、表面张力和高分子链的缠结作用。

在静电纺丝过程中，高分子溶液或熔体被置于一个强静电场中。

当电场强度足够大时，液体表面电荷密度增加，形成泰勒锥。

随着电荷的不断积累，电场力克服表面张力，使得泰勒锥的尖端形成射流。

射流在电场力的作用下被迅速拉伸，同时溶剂挥发或熔体冷却固化，最终形成纳米级纤维。

在这个过程中，高分子链的缠结作用也起到了关键作用。

高分子链之间的缠结使得纤维在拉伸过程中保持一定的结构稳定性，防止纤维断裂。

缠结作用还有助于纤维在接收装置上的沉积和收集。

静电纺丝技术具有操作简便、纤维直径可控、可制备多种材料等优点，因此在纳米材料制备、生物医用、环境保护等领域具有广泛的应用前景。

通过深入研究静电纺丝纳米纤维的工艺原理，可以进一步优化纺丝过程，提高纤维的性能和产量，为相关领域的科技进步做出贡献。

三、静电纺丝纳米纤维的现状静电纺丝技术自其诞生以来，在纳米纤维制备领域已经取得了显著的进展，并逐渐发展成为一种高效、可控的纳米纤维生产方法。

目前，静电纺丝纳米纤维的研究与应用已经涉及到了众多领域，如环境保护、生物医疗、能源科技、纺织工程等。

电纺PET纳米纤维膜的制备及其防水透湿性能评价闫嘉琨;刘延波;张子浩;马营;宋学礼;陈国贵【摘要】以PET切片为原料，溶于适当溶剂制备静电纺纳米纤维膜，采用FE-SEM对其纤维形貌进行表征，并测试其纤维膜的防水透湿性能和力学性能。

结果表明：当纺丝液中PET质量分数高于15%时可获得直径分布均匀且无珠丝的纳米纤维膜；静电纺PET纳米纤维膜具有优异的拒水性能、良好的透湿性能，且具有一定的耐静水压性能；通过调整静电纺PET纳米纤维膜的厚度可以改善其强力，进而提升耐静水压值而不影响其透湿效果。

%The electrospun nanofiber membrane is prepared by dissolving polyethylene terephthlate (PET) chips in appropriate solvent, which is characterized with field emission scanning electron microscope (FE-SEM) in terms of fiber morphology, and the water proof, vapor permission and mechanical properties of the resultant nanofiber membrane are also tested. The results indicate that the nanofiber film with uniform diameter distribution and without beaded fibers could be obtained via using concentration greater than 15% of polymer solution, and the resulting electrospun PET nanofiber film possesses excellent hydrophobicity, good vapor permission and certain degree of hydrohead value. The mechanical strength of electrospun PET nanofiber membrane could be enhanced by increasing the thickness of the membrane, and then its hydrohead value increases, but the vapor transmission property of the membrane does not show significant change.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】5页(P14-18)【关键词】电纺PET纳米纤维膜;防水透湿;耐静水压;透气性;机械强力【作者】闫嘉琨;刘延波;张子浩;马营;宋学礼;陈国贵【作者单位】天津工业大学纺织学部，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387; 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387;浙江伟星实业发展股份有限公司，浙江台州317025;浙江伟星实业发展股份有限公司，浙江台州 317025【正文语种】中文【中图分类】TQ340.649聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是一种高度结晶的聚合物，其纤维具有优良的耐高、低温性能，使用温度为-100～120℃，具有优良的力学性能、电绝缘性、拒水性、抗蠕变性、耐摩擦性、耐药品性以及尺寸稳定性[1].由于其成本低且性能优异，PET纤维被广泛应用于服装面料、工业过滤、生物医疗、军事防护及办公电器、汽车等领域.目前工业上大多采用熔体纺丝制备PET短纤维[2-3]，这种方法的优势是成本低、产量大.而中国纺科院也开发了国产熔体直纺长丝生产专利技术[4]，改变了原来引进的切片纺丝技术，降低了投资成本.然而熔体纺丝法的纤维细度只有微米级，极大限制了PET纤维性能优势的发挥.静电纺丝法是一种制备纳米级纤维的重要纺丝方法.它是利用高压电场使导电流体形成喷射流，最终溶剂挥发使其在接收装置上干燥、固化形成纤维[5]，所得纤维为纳米级且具有高比表面积、大孔隙率等优点，已经被越来越多的学者所重视.目前国内有关PET静电纺纳米纤维的研究仍较少.吕梦青等[6]采用PVA对PET进行改性，使用静电纺丝技术并经过戊二醛蒸汽的改性处理，成功制备了力学性能和热稳定性良好、亲水性能优异的PET/PVA纳米纤维复合膜.李丽等[7]研究了静电纺纳米/微米纤维复合膜（PA6/PET）的制备及其空气过滤性能.而国外研究主要集中在复合PET电纺膜及其在过滤、生物医疗、电池隔膜等方面的应用[8-11].目前虽有对静电纺PET纤维膜复合织物的性能评价研究[12-13]，但鲜有学者单纯针对静电纺PET纳米纤维膜的防水透湿性能做过具体的研究与表述.本实验采用PET切片为原料，利用静电纺丝法获得PET纳米纤维膜，并研究其防水透湿性能，旨在开发出新的应用市场. 1.1 原料与设备所用原料包括：聚对苯二甲酸乙二酯（PET杜邦FR543），东莞市大嘉源塑化原料有限公司产品；三氟乙酸（TFA），分析纯，天津市光复精细化工研究所产品；二氯甲烷（DCM），分析纯，天津市福晨化学试剂厂产品.所用设备包括：多针头纺丝装置，实验室自制；FE-SEM型场发射扫描电子显微镜，日本日立公司产品；POWEREACH接触角测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司产品；CAY-C2型薄膜厚度测量仪，济南兰光机电技术有限公司产品；YG461H 型全自动透气量仪，宁波纺织仪器厂产品；INSTRON-3369型万能强力测试仪，美国英斯特朗公司产品.1.2 静电纺PET纳米纤维膜的制备称取一定质量的PET颗粒溶于TFA/DCM（质量比为6∶4）混合溶剂中，配制质量分数分别为9%、11%、13%、15%、17%、19%的PET纺丝液；室温下磁力搅拌器搅拌2 h后溶解，静置消泡待用.将配制好的纺丝液装入带有针头（纺针内径为0.52 mm）的5 mL注射器中，先用前述不同质量分数的纺丝液采用单针头纺丝，而后采用质量分数为15%的纺丝液进行8针头静电纺丝，纺丝时间分别为60、90和120 min，得到3种不同厚度的静电纺PET纳米纤维膜.实验采用覆盖有离心纸的接收滚筒作为接收装置，滚筒转速为80 r/min，接收距离为18 cm，纺丝电压为22 kV，纺丝液喂给速率为0.1 mL/h.在室温下，将纺制的纳米纤维膜先用丙酮洗涤2次，再在70℃条件下进行烘箱干燥，时间为15 min，而后进行测试.1.3 性能表征（1）纤维形貌表征：采用场发射扫描电镜（FESEM）与Image-Pro Plus图像处理软件对纤维膜的形貌进行表征；每组试样测试150根纤维的直径，取其统计学平均值.（2）润湿性能分析：采用POWEREACH接触角测量仪对纺制的PET电纺膜进行润湿性能评价.（3）厚度测定：采用CHY-C2型薄膜厚度测量仪对不同纺丝时长（60、90、120 min）的纤维膜进行厚度测量，每组试样测试20个点，取统计学平均值.（4）透气性能测评：采用YG461H型全自动透气量仪对纤维膜的透气性能进行表征，测试压差为3 kPa，每组试样测试5次，取统计学平均值.（5）透湿性能测评：根据GB/T 12704.2-2009《纺织品织物透湿性实验方法》，采用正杯法测试纤维膜的透湿性能.从电纺膜上各截取6个直径为2.5 cm的圆形试样，向清洁干燥的透湿杯内注入15 mL的蒸馏水.将试样与透湿杯组装好，放入恒温箱（38℃）中的干燥器内.经1 h平衡后迅速称量透湿杯的质量，计为M0（g）；然后将组装好的透湿杯再次放入干燥箱内.经过1 h后，再次对透湿杯进行精确称重，计为M1（g）.透湿量计算公式：式中：Wvt为透湿量（g·m-2·（24 h）-1）；S为测试面积（m2）；t为测试时间（h）.（6）抗渗水性测试：根据GB/T 4744-1997《纺织品织物抗渗水性测定静水压试验》，测试纳米纤维膜的耐静水压值，测试面积为100 cm2，升压速率为600 mm/min.（7）力学性能测试：采用INSTRON-3369型万能强力测试仪测试纤维膜的拉伸性能.取尺寸为20 mm× 150 m m的细长条样品，在温度18℃、相对湿度50%的大气条件下平衡24 h，试样夹持长度50 mm，拉伸速率40 mm/min，每种试样测5组.根据下列公式计算断裂强度和断裂伸长率：式中：σt为断裂强度（MPa）；F为最大负荷（N）；B为试样宽度（mm）；D 为试样厚度（mm）.式中：ε为断裂伸长率（%）；ΔL为拉伸位移（mm）；L为绝对长度（mm）.2.1 FE-SEM分析图1所示为不同质量分数条件下PET电纺膜的SEM电镜图片.纺丝液质量分数与纤维直径的关系如表1所示.由图1和表1可以发现，当纺丝液PET质量分数低于13%时，纤维难以形成，珠丝较多，尤其在9%时，几乎没有纤维.这是由于纺丝液一般都是高粘度的非牛顿流体，当溶液浓度过低时，溶液中的带电离子少，溶液粘度极低，PET大分子链相互作用力较弱，因而射流不稳定，不能维持射流的连续性，易得珠状纤维且直径分布不均匀[14-15].而在纺丝液PET质量分数为15%的条件下，所纺纤维直径分布均匀、纤维成形效果较好，且没有任何粘结现象以及珠丝产生，直径分布范围在200～1 200nm左右，平均直径为483 nm.而随着纺丝液浓度的增加，纤维直径逐渐增加，纤维之间的粘连现象较明显.其纤维直径分布概率直方图如图2所示.2.2 润湿性能分析图3所示为静电纺PET纳米纤维膜的水接触角.通过对比测试得出，PET静电纺纳米纤维膜的接触角大约在110°～120°之间，采用丙酮对纤维膜进行洗涤处理后，静电纺PET纳米纤维膜的接触角平均增加5°左右，表明静电纺PET纳米纤维膜拒水效果明显，具有很好的抗润湿性能，但未做任何改性处理的单组份膜还不能达到超拒水的效果.由于三氟乙酸可溶于水，需用丙酮洗去残留的未挥发完全的三氟乙酸溶剂，使其抗润性能有所增加.2.3 厚度分析不同纺丝时间获得的静电纺PET纳米纤维膜的厚度分析如表2所示.由表2可以发现，采用实验室自制电纺装置，每增加0.5 h纺丝时间，纺制的PET 纳米纤维膜的厚度约可增加30～45 μm左右.然而随着纺丝时间的延长，纤维层铺展逐渐均匀，CV值有所降低.本实验通过测定厚度可以得出一定的厚度增长趋势，为后续的测试提供厚度参考指标.2.4 透气性能分析静电纺PET纳米纤维膜的透气速率如表3所示.由表3可以看出，所纺PET纳米纤维膜在3 kPa压差下的透气速率随着膜厚度的增加而直线下降，波动明显.纺丝时间为2 h时的透气速率可降低到443.4 mm/s.这是因为纺丝时间增加，单位面积上纤维层数增多，纤维之间相互交叉粘结并层层覆盖，纳米纤维膜的屈曲孔径增加而直通孔径逐渐减少，透气性与厚度呈负增长关系.而由于纤维膜的厚度并不均匀，所以测试值的标准差偏大.2.5 透湿性能分析静电纺PET纳米纤维膜的透湿量如表4所示.由表4可以看出，不同纺丝时间的静电纺PET纳米纤维膜的平均透湿量基本上都在2 100～2 400 g/（m2·24 h）之间，厚度对透湿效果的影响并未像对透气效果的影响一样显著，并与传统透湿微孔扩散理论产生矛盾[16].这可能是由于静电纺纳米纤维膜的特性造成的.电纺膜微孔水分子扩散属于努森扩散和过度扩散理论范畴，其分子平均运动自由程控制在10倍孔径以内.虽然纺丝时间增加导致纤维膜层数增多，屈曲孔径增加明显，按照现有的透湿理论则水分子与孔径内壁的碰撞机会也越多，微孔膜的传湿阻力也越大.但是本实验纺制的纳米纤维膜的厚度变化仅在50 μm以下，分子运动自由程虽有增加但非常短.而静电纺纳米纤维膜为杂乱搭接的三维结构，孔隙率高而孔径较小.每个孔径里所含的静止空气非常微少，水蒸汽压相对于每个孔径就显得格外的巨大，易于水蒸汽分子运动.相对于传统织物透湿或微孔膜透湿，内壁造成的传湿阻力影响被减弱，所以透湿量相差不大.而普通微孔膜的透湿量也在1 500～3 500 g/（m2·24 h）左右的范围内[17]，说明静电纺PET纳米纤维膜具有相对较好的透湿性，具有替代微孔透湿膜的潜力.2.6 抗渗水性能分析表5所示为不同纺丝时间纤维膜的耐静水压值.由表5可以得出，纺丝时间为60 min的静电纺PET纳米纤维膜在一滴水渗出后便产生了破裂现象，这与纤维膜厚度薄、断裂强度低有一定关系；而纺丝时间为90 min的静电纺PET纳米纤维膜，虽然完成了测试、没有破裂，但是所测得的静水压值较低，低于纺丝时间为60 min所得纤维膜.产生这种现象主要有以下2个原因：一是因为静电纺纤维膜本身的差异性和不均匀性导致每块膜上都有厚度或强力薄弱点，不可否认在平均厚度较大的纤维膜上存在异常薄的区域；二是因为纺丝时间为60 min的膜在测试时已经破裂，升压速率较大为600 mm/min，在瞬时压力突增导致测试值较大；而纺丝时间为2 h的纳米纤维膜，凭借其强力优势并没有破裂，耐静水压值达到了500 mm.由此表明，静电纺PET纳米纤维膜具有一定的耐静水压性能，厚度增加后，还有可提升的空间.2.7 力学性能分析静电纺PET纤维膜的拉伸力学性能如表6和图4所示.由表6可以发现，随着纺丝时间的增加，静电纺PET纳米纤维膜的平均断裂伸长率减小，平均拉伸位移减小，而断裂强度却随之增强.纺制2 h的纳米纤维膜的断裂强力可达到5.980 MPa.静电纺纳米纤维膜是纤维相互交络紧密排列的集合体，且纤维接收时，溶剂没有完全挥发，纤维相互接触的地方会存在结合点，因此拉伸初始需要一定的外力才能使得纤维移动，至屈服点后，纤维之间交络被打开，结构变动松散，纤维发生滑移，并沿着拉伸方向排列取向，随着拉力增大最后断裂，表现出屈服伸长.PET纤维直径较均匀，结构较紧密，因此断裂强度较大，而滑移较小，断裂伸长率小.而当厚度增加时，单位面积上要拉断的纤维数量急剧增多，断裂强力随之增加.以PET为原料，采用单针头与多针头静电纺丝制得PET纳米纤维膜并对其进行性能测试，结果表明：（1）纺丝液中PET质量分数为15%时，获得的PET纳米纤维直径分布较均匀且细度良好，没有纤维缠结和珠丝产生.（2）所纺电纺膜具有优异的拒水性能，其接触角高达125°，耐静水压值可达500 mm.（3）随着纳米纤维膜厚度的增加，其透气性能有所降低，但是透湿量波动较小，而耐静水压性能却逐渐提高，强力提高明显.实验表明，在一定范围内通过提高纳米纤维膜的厚度，可以提升其抗渗水性和抗张强度而不影响其透湿性.（4）静电纺PET纳米防水透湿纤维膜具有优异的开发潜力.【相关文献】[1]徐阳，王肖娜，杜远之，等.静电和熔融纺丝法对PET纤维表面结构的影响[J].纺织学报，2012，33（9）：1-5.[2]Oerlikon.纺织和非织造行业全球市场研究报告[J].纺织机械，2009（3）：61-62.[3]芦长椿.“十二五”期间国内化纤工业与可持续发展[J].合成纤维，2012，41（1）：5.[4]顾祥万.PET纤维产业现状及发展方向[J].聚酯工业，2012，25（6）：5-7.[5]FORMHALS A.Production of Artificial Fibers from Fiber Forming Liquid：USA，2323025[P].1940-03-08[1943-06-29].[6]吕梦青，曹鼎，石艳，等.静电纺丝PET/PVA复合纳米纤维膜的制备及性能研究[D].北京：北京化工大学，2012.[7]李丽，王娇娜，李从举.静电纺PA6/PET复合膜的制备及其空气过滤性能[J].环境化学，2012，31（10）：1576-1579.[8]MA Zuwei，KOTKI Masaya，YONG Thomas，et al.Surface engineering of electrospun polyethylene terephthalate（PET）nanofibers towards development of a new material for blood vessel engineering[J].Biomaterials，2005（2）：2527-2536.[9]ÖZCAM Evren A，ROSKOV Kristen E，GENZER Jan，et al. 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静电纺丝技术制备纳米纤维膜研究纳米材料在科技领域有着广泛应用，其中纳米纤维膜是一种重要的纳米材料。

静电纺丝技术是制备纳米纤维膜的一种常见方法，下面将详细介绍静电纺丝技术制备纳米纤维膜的原理、优势和应用。

一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术又称为电纺法、纺织电晕法等，是一种制备高分子材料纳米纤维膜的方法。

该技术使用高压电场使稀溶液产生强烈的电荷，经过过度拉伸后会产生电极化、沉积和电晕等现象，最终将溶液转变为具有纳米级直径的纤维。

静电纺丝技术的制备过程主要分为三个步骤：①将高分子溶解于有机溶剂中，制备出高分子稀溶液；②通过静电势场，将稀溶液产生电极化和增加表面能；③将带电的液滴通过冷凝作用凝聚成为纳米纤维膜。

二、静电纺丝技术的优势（1）高纳米纤维膜产量：静电纺丝技术可以同时制备多个纳米纤维膜，可大幅提高产量。

（2）低成本、高效率：静电纺丝技术制备的纳米纤维膜采用的有机溶剂可以再生利用，不仅成本低，而且制备速度非常快。

（3）纳米纤维膜直径可调：可以通过调节静电场、流量、距离和喷嘴的直径等参数，控制纳米纤维膜的大小，进一步优化纳米纤维膜的性质。

三、静电纺丝技术的应用（1）纳米滤膜：静电纺丝技术可以制备出高效纳米滤膜，例如空气过滤器和水处理过滤器等。

（2）纳米材料：纳米纤维膜可以用于制备纳米材料，例如非常完美的是一簇具有纤维维度的SiO2微晶。

（3）医用纱线：静电纺丝技术可以制备含有药物的医用纱线，用于缓释药物，使药物更加高效和准确。

总之，静电纺丝技术作为制备纳米纤维膜的一种常见方法，具有优越性能，并有着广泛的应用前景。

在未来的生产和科研中，这种技术将大大促进纳米材料的发展和应用。

静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究随着科学技术的发展，纳米材料已经成为了一个重要的研究领域。

而其中，纳米纤维材料的制备技术也成为了纳米科技研究中的一个重要领域。

静电纺丝技术作为一种先进的纳米纤维材料制备技术，其制备的纳米纤维材料广泛应用在各个领域，如生物医学、环境保护和能源材料等领域。

一、静电纺丝技术的原理与过程静电纺丝技术是利用静电力和表面张力将高分子溶液或熔融物在高电场下的电荷作用下进行拉丝成纤维。

在高电场下，液体表面张力对于电场的效应会产生剥离力，而相互作用较弱的分子会在电场力的作用下被拉伸成纤维形状，产生纳米纤维材料。

静电纺丝技术的整个过程包括物料预处理、电极设计、高电压电场设置、喷丝电极喷液和纤维成形过程。

通常情况下，静电纺丝技术需要一个能够提供高电压的电源和一个线圈，以及能够喷液的电极。

液体从电极中喷出，并在电场的作用下生成纳米纤维材料。

静电纺丝技术的优点在于：可以制备高比表面积、高孔隙率和高表面活性的纳米纤维膜，可以用于材料性能的调整和优化。

二、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在生物医学中的应用1. 纳米纤维支架静电纺丝技术制备的纳米纤维支架被广泛应用于人工血管、人造骨的制备等领域。

纳米纤维支架具有良好的生物相容性和力学性能，能够促进细胞分裂和细胞增殖，从而促进组织生长和恢复。

2. 组织构建材料静电纺丝技术能够制备出精细的纳米纤维纺织品，这些纳米纤维纺织品可以被用于构建人工组织、生物芯片等生物医学领域的应用。

三、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在环境保护中的应用1. 空气净化材料利用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以被应用于空气污染治理中。

通过建立一些纤维过滤织物，可以有效地实现对空气中挥发性有机物（VOCs）和颗粒物的过滤和除去，达到净化空气和改善空气质量的目的。

2. 水净化材料静电纺丝技术可以制备出超细的纳米纤维膜，这些膜可以被广泛应用于水净化中。

纳米纤维膜的微孔结构可以有效地过滤水中的大分子杂质和细菌等微生物，从而得到更清洁、更安全的水源。

静电纺丝技术制备纳米纤维的实践与研究近年来，随着科技的发展和人类对新材料需求的不断增加，制备出具有优异性能的新材料成为了学术界和工业界研究的热点。

其中，纳米纤维是一种常见的新材料，因其独特的物理、化学、生物学等性质，被广泛应用于医学、电子、能源、环保等领域。

静电纺丝技术是制备纳米纤维常用的一种方法。

本文将对静电纺丝技术制备纳米纤维的实践与研究进行介绍。

一、静电纺丝技术概述静电纺丝技术是利用高电场的作用下，将高分子溶液或熔体从给定的毛细孔中顺利流出，在电场的作用下瞬间成为纳米级的连续纤维。

该技术具有简单、易于操作、成本低廉、制备出来的纳米纤维分散性好、比表面积大、孔隙结构和多孔性好等优点，很适合用于纳米纤维材料的制备。

二、实践应用1.医学领域静电纺丝技术制备的纳米纤维在医学领域中有着广泛的应用。

利用静电纺丝技术制备的生物可降解材料，如聚乳酸、聚酯等高分子材料，可用于制备修复膜、人工皮肤等医学材料。

同时，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜还可以作为药物释放系统，以帮助治疗癌症、感染和其他疾病。

此外，静电纺丝技术还可以制备出具有抗菌、抗炎、促进愈合力等特性的纳米纤维材料，可以用于医疗用品的生产。

2.环境保护领域利用静电纺丝技术制备的纳米纤维，在环保领域中也有着重要的应用。

静电纺丝技术制备的高性能纳米纤维可以用于处理污染水和空气等，可制备出高效的吸附材料，如滤纸、空气过滤器、饮水管道等。

此外，纳米纤维材料还可以应用于纳米复合材料、防护材料、热障涂层等方面，降低了环境污染，提升了环保水平。

3.能源领域利用静电纺丝技术制备的纳米纤维在能源领域中也有着广泛的应用。

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以应用于制备电池、超级电容器、太阳能电池等材料，具有良好的性能。

三、静电纺丝技术的研究进展静电纺丝技术制备纳米纤维的研究已经成为炙手可热的领域，许多研究者对其进行了深入的研究和探讨。

1.高性能材料制备研究者们开始探索利用静电纺丝技术制备出高性能材料。

高效静电纺丝制备纳米纤维的技术研究随着现代科技发展的迅速进步，纳米材料已经成为一个不可忽视的研究领域。

纳米纤维作为一种高性能的材料，在生物医学、化学工业、能源材料、环境保护等领域得到了广泛的应用。

静电纺丝技术已经成为制备纳米纤维的重要手段之一，其可制备连续、均匀、高性能的纳米纤维。

本文将分析纳米纤维的概念、静电纺丝技术基本原理、静电纺丝纳米纤维的应用和研究进展。

一、纳米纤维的概念纳米纤维是一种直径范围在10-1000纳米之间的纤维材料，巨大的高比表面积使其具有许多特殊的性质，如高比表面积、高比强度、高比保水性和高比吸附能力等。

其物理和化学性质的优秀特性已经在生物医学、领域和基础研究等领域得到了广泛应用。

二、静电纺丝技术基本原理静电纺丝技术是一种重要的纳米纤维制备方法，可以制备高品质的纳米纤维。

该技术主要用于聚合物溶液的纳米纤维制备，其基本原理是将高电压施加于聚合物溶液中，使聚合物溶液从微孔或喷头中喷出，在高电场作用下，聚合物溶液中的分子受到电极的诱导而逐渐凝聚成纤维，形成纤维纳米尺寸。

三、静电纺丝纳米纤维的应用静电纺丝技术制备的纳米纤维因其纤维直径、孔径调控、纤维排列和多孔性能等优势被广泛应用在生物医学、食品包装、过滤材料、传感器、催化剂等领域。

如在生物医学中，静电纺丝纳米纤维应用较为广泛，可用于细胞培养支架材料、组织工程、药物缓释和仿生材料等方面。

此外，针对环境污染和航空航天等领域的特殊性质需求，静电纺丝纳米纤维的应用也得到了更深入的挖掘和延伸。

四、静电纺丝制备纳米纤维技术的研究进展在研究静电纺丝制备纳米纤维技术的过程中，人们通过控制溶液的成分、控制纤维的形状和孔隙等方法，制备出了各种纳米材料。

其中，对于聚合物纳米纤维，通过改变聚合物的性质和分子结构，可以控制纤维的直径、形状和内部孔径。

近年来，还有学者在纳米纤维制备中引入了电纺-喷涂一体化技术、生物制备纳米纤维等新的技术手段，不断拓展纳米纤维的使用领域。

静电纺丝纳米纤维制备与应用研究概述静电纺丝纳米纤维技术是一种制备纳米纤维的新型工艺，采用静电场作用使高分子材料形成极细的纤维。

静电纺丝技术具有成本低、工艺简单等优点，因此近年来越来越多的科学家们开始关注这项技术，并积极进行研究，不断拓展其应用领域。

静电纺丝纳米纤维制备静电纺丝是一种无模板、无溶剂的制备技术，仅需在电场作用下使溶液中的高分子溶液不断发生列向伸张、电介质内的带电离子复合结构形成，并引导高分子流体在不同的相空间中逐渐聚合，形成具有高比表面积和纤维形态的纳米材料。

制备过程中，需要考虑材料中高分子浓度、电压、电场强度等因素的影响，从而得到尺寸、结构和物理性能优异的纳米纤维。

静电纺丝纳米纤维应用研究静电纺丝纳米纤维应用广泛，从新能源材料、环保材料到医疗用材料等领域都有其独特的应用价值。

1. 新能源材料静电纺丝纳米纤维可以被用于构建半导体器件、薄膜电池、光伏电池等新型太阳能电池材料，以及燃料电池、锂离子电池等能源转换材料。

静电纺丝纳米纤维的纤维形态和高比表面积具有机械强度高、光催化性能好等特点，可以在新能源材料的研究中发挥积极的作用。

2. 环保材料静电纺丝纳米纤维作为一种绿色材料，可以被用于制备空气、水处理、催化剂等材料。

其中，在空气净化方面，静电纺丝纳米纤维研发的纳米净化器，可以实现水处理、空气处理等方面的智能化、低能耗、高效环保的净化作用。

3. 医疗用材料静电纺丝纳米纤维作为一种生物可降解材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以被用于制备生物材料如绷带、人工器官等医疗用品。

此外，静电纺丝纳米纤维在制备医疗用品时具有材料安全性好、可控性强、防污性好等优点，因此在医疗用材料领域具有广泛的应用前景。

总结静电纺丝纳米纤维是一种具有广泛应用前景的新型技术，不仅在新能源材料方面具有重要作用，也在环保、医疗用材料等领域得到了广泛的应用。

未来，随着科学技术的不断进步和高分子化学等领域理论的不断深入，静电纺丝纳米纤维技术和材料将会得到更大的发展和应用。

静电纺丝技术制备纳米功能纤维的研究1. 前言纳米技术一直是科学家们的研究热点，纳米功能纤维的制备就是其中的一项重要应用。

静电纺丝技术作为一种简单、高效、低成本的制备纳米功能纤维的方法，受到了广泛关注。

本文将从静电纺丝技术的原理开始，介绍其制备纳米功能纤维的过程、应用及其未来发展。

2. 静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子溶液或熔融物制备成不同形态的纳米纤维的技术。

一般而言，静电纺丝技术的原理非常简单，首先将高分子溶液或熔融物注入到毛细管中，然后通过电极在溶液或熔融物中加入高压电场，这样高分子材料会形成纳米纤维，从而得到所需的纳米功能纤维。

3. 制备纳米功能纤维的过程通常情况下，静电纺丝技术制备纳米功能纤维的过程包括以下几个步骤：3.1 高分子溶液或熔融物的制备首先需要制备高分子溶液或熔融物，并加入适量的溶剂。

高分子溶液的制备需要考虑到高分子的质量浓度以及所需的物性参数，如药物透过性、力学强度等。

熔融物则需要考虑到熔点、熔融拉伸性等。

3.2 静电纺丝装置的选择和设定然后根据所需的纳米功能纤维的形态及材料的特性等因素，选择合适的静电纺丝装置，并设置合适的高压电场、毛细管直径、溶液的流量及距离等参数，以保证纳米纤维的制备效果。

3.3 制备纳米功能纤维将高分子溶液或熔融物通过喷嘴或毛细管注射进入静电纺丝装置中，施加高压电场后，便可以制备所需的纳米功能纤维，具体的形态和尺寸可以根据所设置的参数控制。

4. 应用及其未来发展静电纺丝技术制备的纳米功能纤维具有广泛的应用前景。

例如，制备出的聚合物纳米纤维可以应用于细胞培养、组织工程、药物输送等领域，而其他的纳米功能纤维制备的材料则可以应用于各种领域，如能源、环境等。

未来，随着对纳米技术及纳米功能纤维的研究深入，在制备工艺、纳米功能纤维的性能以及应用方面的突破，预计将有更多的领域将应用到静电纺丝技术中，极大的推进纳米技术的发展。

5. 结论综上所述，静电纺丝技术的制备纳米功能纤维是一种简单高效、成本低的原理，其对于制备高性能的纳米功能纤维有非常重要的作用。

静电纺丝法制备纳米纤维材料的研究一、引言纳米纤维材料具有突出的性能和应用前景，也成为了研究的热点领域。

其中，静电纺丝法作为一种制备纳米纤维材料的有效手段，在制备新型功能材料、纳米传感器、高效滤料等方面得到了广泛应用。

本文旨在从静电纺丝的原理、影响因素、纳米纤维材料制备及其应用等方面进行探讨。

二、静电纺丝法的原理静电纺丝法是一种通过静电力将溶液或熔体中的材料拉伸成纤维的方法，其工作原理主要基于电荷的相互作用。

将电荷量极小的液体通过针口细孔注入一定作用电场的区域，溶液中的分子会受到电场作用而形成直径约为几毫米的液滴。

当液滴越过针尖位置时，电场将液滴内部的电荷分布不均匀地拉伸并发生极化，此时液滴极性变化引发静电力的作用，液滴表面附着上的荷电分子会被电场加速拉伸，从而形成纺丝流。

在纺丝过程中，液滴内部溶液挥发蒸发，纤维逐渐细化，并随风中漂浮而将纤维收集起来即可。

三、静电纺丝法影响因素1. 溶液性质：包括溶液粘度、熔点、表面张力、介电常数、溶解度等。

如：面张力较大的液体易形成不规则形状的纤维；低粘度的液体纺丝时容易出现喷溅等问题。

2. 纺丝电场：静电纺丝中的电场强度与纤维的直径具有很大的相关性。

纤维直径可通过改变电场强度（或与之相关的电压、电流密度等）进行控制，同时还可以对纤维的形态和结构进行微调。

3. 收集器：收集器的类型和形状对制备出的纳米纤维材料的质量和形貌影响显著。

与此同时，收集器对纤维形态的影响还是该领域研究的热点和难点。

4. 操作条件：比如通风条件、湿度、温度、气流速度等，也会对静电纺丝制备纳米纤维材料产生影响。

四、静电纺丝制备纳米纤维材料静电纺丝法制备的纳米纤维材料已经得到广泛应用，并在许多领域发挥了独特的作用。

此处将简要介绍其中几个应用领域。

1. 纳米级滤料：由于静电纺丝法可以将材料拉成直径为数十纳米的纤维，因此用其制备纳米级滤料可以大大提高滤材的表面积和孔隙率，从而提高滤材的过滤效率，并且还具有良好的机械性能和生物兼容性能。

谈静电纺纳米纤维技术刘延波天津工业大学纺织学院，300160s纳米纤维一般是指纤维的直径在纳米级范围。

有些人把直径小于1µm的纤维称为纳米纤维，而有些人则定义直径小于0.3µm的纤维为纳米纤维，也有文献将纳米纤维定义为直径为纳米级、长度超过1µm的物质。

美国国家科学基金会（NSF）定义纳米纤维为至少在一维空间尺度上小于100nm的纤维。

无纺布工业一般认为直径小于1微米的纤维就是纳米纤维。

另一方面，更广泛说来，传统纤维与纳米材料（零维、一维或三维）复合制得的纤维材料也可以称为纳米复合纤维材料或广义的纳米纤维材料。

纳米纤维这种广泛的定义还可以延伸，即可以把纤维中包含有纳米结构，而且又赋予了新的物理性能的纤维都划入纳米纤维的范围。

纳米纤维与人发的细度对比如图1所示。

图2为纳米纤维的SEM图片。

纳米纤维材料特点及应用纳米纤维直径一般在几个纳米到几个微米之间，极细的纤维直径使得纳米纤维具有极高的比表面积，因此具有极高的表面吸附性能；另一方面，由极细的纳米纤维构成的纤网、薄膜或非织造布又具有极小的孔隙尺寸和极高的孔隙率（低空气阻力）及静电驻留性，因此在表面吸附、过滤隔阻等方面具有广泛的应用，例如气体过滤、液体过滤、吸声防噪、生物医疗、能源电子、航空航天、农业防护、战争防护、食品安全、化妆品、纳米纤维增强复合材料等领域，部分应用如图3所示。

具体包括：（1）气体过滤—工业气体、汽车发动机空气过滤以及汽车尾气过滤；（2）液体过滤—食品和药品过滤、血液过滤、海水淡化、水处理等；（3）特种防护—生化防护服、防毒面具、医疗防护服、特种工作服等；（4）能源电子—储能材料和电池隔膜；（5）生物医疗—生物传感器、组织工程支架、创伤敷料、药物传输载体、人造器官/血管，手术缝合线、医用口罩等等；（6）其它应用—包括吸声防噪、化妆用品、太阳镜、太阳帆等。

美国的Donaldson公司已经在30年前就将静电纺纳米纤维材料用于工业气体过滤、液体过滤、发动机空气过滤、洁净室空气过滤，其含有纳米纤维层的空气过滤器如图3左一图所示。

静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究一、前言近年来，静电纺丝技术广泛应用于纳米纤维材料的制备中。

通过该技术，可以制备出具有高比表面积、高孔隙率、高通透性等多种优异性能的纳米纤维材料，在能源、环境、医疗等领域得到了广泛的应用。

二、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种通过高电场将聚合物溶液或熔体喷射成纳米级纤维的技术。

其主要原理是：将高压电源接在喷液口附近，形成强电场，使聚合物溶液或熔体加速运动，并在射流过程中产生链段拉伸、分子排列等现象，最终形成纳米级纤维。

三、静电纺丝技术的优点静电纺丝技术具有以下几个优点：1. 制备成本低。

静电纺丝技术所需的设备简单，生产成本较低。

2. 制备的纳米纤维材料性能优异。

制备出的纳米纤维材料具有高比表面积、高孔隙率、高通透性等优异性能，适用于能源、环境、医疗等领域。

3. 制备精度高。

静电纺丝技术可以制备出直径从几十纳米到几百纳米的纳米纤维。

4. 生产效率高。

静电纺丝技术可以实现连续生产，生产效率较高。

四、静电纺丝技术在纳米纤维材料制备中的应用静电纺丝技术可以制备出各种形状、尺寸、结构的纳米纤维材料，目前已经在以下领域得到了广泛的应用。

1. 软件复合材料领域。

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以用于增强软件复合材料的力学性能和导热性能。

2. 组织工程领域。

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以作为组织工程载体，用于修复和再生组织。

3. 能源领域。

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以用于太阳能电池、锂离子电池等能源领域。

4. 过滤材料领域。

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以用于空气过滤、水处理等领域。

五、未来发展方向随着对纳米纤维材料需求的不断增加，静电纺丝技术在纳米纤维材料制备中的应用将不断扩大。

未来，静电纺丝技术还有很大的发展空间，可以通过改进材料的制备工艺和结构，提高纳米纤维材料的性能，扩大其应用领域。

六、结论静电纺丝技术是一种简单、高效的纳米纤维材料制备技术。

随着对纳米材料需求的不断增加，它在能源、环境、医疗等领域的应用将会越来越广泛。

静电纺丝技术制备纳米纤维的应用探讨随着纳米科技的不断发展，纳米材料在各个领域中的应用也逐渐增多。

其中，纳米纤维是一种应用十分广泛的纳米材料，它具有极高的比表面积和表面能，因此在生物医学、纺织、环境保护、新能源等领域中都有重要的应用。

静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维的重要手段，其制备出的纤维具有较高的纯度、均一性和可控性，因此也成为了研究领域中最受欢迎的方法之一。

静电纺丝技术是一种由悬浮在纺杆上的高分子液滴通过高压电场产生的电荷极化作用实现的纳米纤维制备技术。

该技术具有制备成本低、操作简单、可控性高等特点，因此被广泛应用于生物医学、纺织、环境保护、新能源等领域。

生物医学方面，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维在细胞培养、组织修复、肿瘤治疗等方面都有着很好的应用。

例如，在修复神经组织方面，制备出的纳米纤维可以用于神经元的引导和定向生长，从而实现神经组织的修复和再生。

在肿瘤治疗方面，利用静电纺丝技术可以制备出具有不同功能的纤维膜，这些膜可以用于肿瘤的局部化治疗以及肿瘤细胞的隔离和去除等方面。

纺织方面，静电纺丝技术可以制备出具有特殊功能的纤维材料，比如抗菌、防水、防火、自净等纤维产品。

例如，在纺织面料方面，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维可以在面料中添加防水剂、防护剂等功能性物质，从而大大提高纺织面料的透气性、防水性、防污性等性能。

环境保护方面，静电纺丝技术可以通过制备纤维膜的方式来解决一些污染问题。

例如，利用静电纺丝技术制备出的纳米纤维材料可以被用于过滤水中的微小颗粒物，从而实现水的净化和治理。

新能源方面，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以被用于制备柔性电池等电子电器设备。

例如，在制造电动汽车时，利用静电纺丝技术可以制备出具有较高导电性的纳米纤维，这些纤维可以被用于电池的制造，从而提高电池的性能。

纵观以上应用领域，静电纺丝技术虽然有诸多优点，但仍存在一些问题。

例如，在制备过程中容易产生纤维断裂、器材磨损等问题，这些问题都会影响到制备产品的质量稳定性。

静电纺丝法制备纳米纤维的研究一、引言纳米材料的制备和研究已成为材料科学领域的热点之一。

纳米纤维作为一种具有极细直径和高比表面积的纳米材料，在生物医学、材料科学、环境保护等领域有着广泛的应用前景。

而静电纺丝法作为一种简单易操作、优越的纳米纤维制备技术，近年来在纳米纤维制备领域受到越来越多的关注。

二、静电纺丝法的原理与基本过程静电纺丝法是一种利用静电作用将聚合物液体纺出成纳米级的纤维的过程。

其基本原理是利用电场将聚合物液体与导电液体之间的表面张力降至足够小的极限，从而使液体成为类似于电极反应的液态电荷状态，最终通过空气的干燥使其形成纤维。

静电纺丝法的最基本过程包括：聚合物液体的输送、聚合物液体与导电液体之间的电场形成、纳米材料的形成。

三、静电纺丝法制备纳米纤维的优点静电纺丝法制备纳米纤维具有以下优点：1. 纳米纤维的制备过程简单易操作。

2. 纳米纤维的尺寸可调，可以精确控制。

3. 纳米纤维的成本低廉。

4. 纳米纤维的制备效率高。

5. 纳米纤维的应用范围广泛。

四、静电纺丝法制备纳米纤维的参数及其对纳米纤维的影响静电纺丝法的参数对纳米纤维的形成和性质有着重要的影响，主要包括：1. 聚合物液体的浓度，聚合物液体浓度增加，纤维直径减小。

2. 电压，电压增加，纤维直径减小。

3. 电极之间的距离，电极之间的距离增加，纤维直径增大。

4. 收集器与电极的距离，距离增大，纤维直径减小。

5. 环境湿度，湿度增加，纤维直径减小。

五、静电纺丝法制备纳米纤维在材料领域的应用静电纺丝法制备的纳米纤维，在材料领域有广泛的应用，主要包括：1. 医用纳米纤维：用于制备医用敷料、人工皮肤等。

2. 环保材料：用于制备空气和水净化材料。

3. 能源材料：用于制造太阳能污染物的防护材料，生物燃料电池等。

4. 其他领域：用于制备过滤器、电磁屏蔽涂层、传感器等。

六、结论静电纺丝法是制备纳米纤维的一种重要方法，其制备过程简单、成本低廉、效率高、应用范围广泛。

近场直写静电纺丝技术及应用的研究进展刘延波1，2，陈文洋1，任倩2，李瑞欣3，赵新宇1，杨媛媛1，韦春华1（1.天津工业大学纺织科学与工程学院，天津300387；2.武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉430200；3.天津市口腔医院，天津300041）Progress of near field directly writing electrospinning and its applicationsLIU Yan-bo 1，2，3，CHEN Wen-yang 1，REN Qian 2，LI Rui-xin 3，ZHAO Xin-yu 1，YANG Yuan-yuan 1，WEI Chun-hua 1（1.School of Textile Science and Engineering ，Tianjin Polytechnic University ，Tianjin 300387，China ；2.School of Textile Science and Engineering ，Wuhan Textile University ，Wuhan 430200，China ；3.Tianjin Stomatological Hospital ，Tianjin 300041，China ）Abstract ：The mechanism,development,control parameters and application of near field directly writing electrospinning isintroduced.It is pointed out that the technology needs to be solved or improved,including that the spinning mechanism is not clear,the short receiving distance severely limits jet stretching and complete volatilization of solvents,the controllability of spinning fiber in the third dimension of space is generally not high,potential appli鄄cations need to be further developed.Therefore,the future research directions should focus on the theoretical re鄄search of near field directly writing electrospinning technology,the improvement of production efficiency,the preparation of 3D structural materials and the further development of its applications in the field of bioengineeringand micro-nano technology.Key words ：nanofibers ；near field directly writing ；electrospinning ；micro-nano processing ；tissue engineering scaffold ；3D structure摘要：对近场直写静电纺丝技术的机理、发展、相关参数的控制以及应用方面展开综述，指出该技术亟待解决或改进的问题，包括纺丝机理不甚清晰；接收距离较短、严重限制射流拉伸和溶剂的完全挥发；纺丝纤维在空间第三维的可控性普遍不高；潜在应用有待进一步开发等。

孔径差别化错层复合PI 电纺膜的制备及空气过滤性能刘延波1，2，曾鸣1，罗鑫1，张鑫磊2（1.天津工业大学纺织科学与工程学院，天津300387；2.武汉纺织大学纺织科学与工程学院，武汉430200）摘要：为了开发工业高温气体过滤材料，对合成聚酰亚胺（PI ）的前驱体聚酰胺酸（PAA ）溶液进行静电纺丝，通过单因子实验探寻工艺参数对电纺膜中纤维直径的影响规律，再通过正交实验得出两组纤维直径差异较大的较佳电纺工艺参数，用以制备平均直径相差约50nm 、孔径相差约132nm 的两组PAA 电纺膜，采用这两组参数制备孔径差别化错层复合电纺膜，再经过热亚胺化处理得到PI 电纺膜，并对其进行热稳定性和过滤性能分析。

结果表明：采用纺丝液质量分数14%、纺丝电压26kV 、接收距离17cm 、喂液速率1.0mL/h 和纺丝液质量分数15%、纺丝电压26kV 、接收距离16cm 、喂液速率0.6mL/h 的两组参数分别纺丝2.5h 得到的孔径差别化错层复合PI 电纺膜的孔径控制在1滋m 以下，在气体流速为85L/min 条件下最佳过滤效率为99.492%，过滤阻力为114Pa ，初始分解温度为519益。

这说明所得的PI 纳米纤维膜具有优良的热学性能，满足国标关于高温气体过滤性能的要求，具有在高温环境下工作的潜力。

关键词：孔径差别化；错层复合静电纺；聚酰亚胺（PI ）；纳米纤维膜；高温气体过滤中图分类号：TS102.54；TS107.2文献标志码：A文章编号：员远苑员原园圆源载（圆园21）园6原园园28原07收稿日期：2020-11-04基金项目：国家自然科学基金资助项目（51373121；51973168）通信作者：刘延波（1965—），女，教授，博士生导师，主要研究方向为静电纺丝技术原理研究、设备制造及纳米纤维产品开发。

E-mail ：******************Preparation of staggered composite PI electrospun membrane with differentialpore size and its air filtration performanceLIU Yan-bo 1，2，ZENG Ming 1，LUO Xin 1，ZHANG Xin-lei 2（1.School of Textile Science and Engineering ，Tiangong University ，Tianjin 300387，China ；2.School of Textile Science and Engineering ，Wuhan Textile University ，Wuhan 430200，China ）Abstract ：In order to develop filter materials for industrial high -temperature gas,the precursor polyamic acid 渊PAA冤solution of synthetic polyimide 渊PI冤is electrospun 袁and the influences of technological parameters on the nanofibrous diameter are explored using the single-factor experiments.Then,through orthogonal experiment,two groups of electrospinning process parameters leading to great difference in fiber diameter are obtained to prepare two groups of PAA electrospinning membranes with average diameter difference of about 50nm and pore diameter difference of about 132nm.The staggered composite electrospun membrane with differential pore size is prepared by the two groups of parameters袁and then the PI electraspun membrane is obtained by thermal imidization treatment.The air filtration performance and thermal stability of PI electrospun membrane are analyzed.The results show that when spinning 2.5h with two groups of parameters袁mass fraction of spinning solution of 14%袁spinning voltage of 26kV袁receiving distance of 17cm袁feeding rate of 1.0mL/h and mass fraction of spinning solution of 15%，spinning voltage of 26kV ，receiving distance of 16cm and feeding rate of 0.6mL/h ，respectively ，the pore diameter of staggered composite PI electrospun membrane obtained is controlled below 1滋m ，and its optimal filtration efficiency is 99.492%under the gas velocity of 85L/min,the filtration resistance is 114Pa ，and the initial decomposition temperature is 519益.It shows that the obtained PInanofiber membrane has excellent thermal properties,meets the requirements of national standard about high-temperature gas filtration performance,and has the potential to work in high-temperature environments.DOI ：10.3969/j.issn.1671-024x.2021.06.005第40卷第6期圆园21年12月Vol.40No.6December 2021天津工业大学学报允韵哉砸晕粤蕴韵云栽陨粤晕GONG 哉晕陨灾耘砸杂陨栽再. All Rights Reserved.第6期工业生产过程中排出的大量高温废气，导致空气中存在大量的可吸入颗粒物（PM 10）、可入肺颗粒物（PM 2.5）以及挥发性有机气体（VOCs ），降低了空气质量，损害着人民健康[1-2]。

第３１卷㊀第５期２０２３年９月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.５Ｓｅｐ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２３０３００７阵列圆盘式纺丝头结构对电场强度的影响刘延波１ꎬ２ꎬ和星雨１ꎬ郝㊀铭１ꎬ２ꎬ胡晓东１ꎬ２ꎬ杨㊀波１(１.武汉纺织大学ꎬａ.纺织科学与工程学院ꎻｂ.省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室ꎬ武汉㊀４３０２００ꎻ２.天津工业大学纺织科学与工程学院ꎬ天津㊀３００３８７)㊀㊀摘㊀要:传统的规模化静电纺丝技术存在所需电压高㊁场强不均和边缘效应等问题ꎬ导致纺丝质量不佳ꎬ难以规模化制备纳米纤维ꎮ因此ꎬ提出一种新型的阵列圆盘式无针头设备ꎬ使用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件进行三维建模ꎬ然后将模型导入ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６有限元仿真软件进行模拟ꎬ优化新型纺丝头的结构参数㊁接收距离㊁外加电压以得到最佳的电场强度和匀场效果ꎮ结果表明:当新型纺丝头圆盘数量为１０㊁圆盘间距为４０ｍｍ㊁圆盘外径为４０ｍｍ㊁接收距离为１００ｍｍ㊁电压为２５ｋＶ时ꎬ电场强度平均值为１.４８ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１.６０％ꎬ表明该纺丝头结构有效克服了边缘效应并降低纺丝所需电压ꎮ所得纺丝装置模型在纺丝口处的电场强度较高且分布均匀ꎬ可批量制备高质量的纳米纤维ꎮ关键词:静电纺丝ꎻ阵列圆盘式纺丝头ꎻ电场强度ꎻ有限元分析中图分类号:ＴＳ１０４.７６㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０５￣０１４２￣０９收稿日期:２０２３０３０６㊀网络出版日期:２０２３０４１３基金项目:国家自然科学基金项目(５１９７３１６８)ꎻ 武汉英才 湖北省武汉市高层次人才项目(武财行[２０２２]７３４)作者简介:刘延波(１９６５ )ꎬ女ꎬ吉林农安人ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事静电纺丝技术与原理方面的研究ꎮ通信作者:杨波ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｙｂｏ＠ｗｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀纳米纤维具有高比表面积㊁高孔隙率以及较好的力学性能等特点ꎬ被广泛用于空气过滤㊁油水分离㊁组织工程㊁药物输送等领域ꎬ是目前研究热点之一[１]ꎮ静电纺丝技术是制备纳米纤维最简单㊁高效的一种方法[２]ꎮ目前使用静电纺丝方法批量制备纳米纤维主要有两种技术:多针头静电纺丝技术和无针头静电纺丝技术ꎮ其中多针头静电纺丝技术主要有以Ｔｏｍａｓｚｅｗｓｋｉ等[３]为代表的直线型阵列㊁以郭文利等[４]为代表的正六边形阵列和以Ｔｈｅｒｏｎ等[５]为代表的圆形和椭圆形阵列的多针头静电纺丝ꎮ直线型多针头静电纺丝具有喂液可控和可持续稳定纺丝的优点ꎬ但是根据电场叠加原理可知ꎬ多个纺丝针头之间产生库伦排斥力ꎬ会导致出现中间场强低两边场强高的现象ꎬ即边缘效应ꎮ郭文利等[４]和Ｔｈｅｒｏｎ等[５]提出的圆形阵列和正六边形阵列多针头静电纺丝ꎬ虽然通过改变针头位置来减弱边缘效应ꎬ但并没有完全消除ꎮ无针头静电纺丝技术主要以捷克Ｅｌｍａｒｃｏ公司研究的第一代 纳米蜘蛛 滚筒式静电喷丝头[６]为代表的静电纺丝技术ꎬ其供液方式为开放式供液ꎬ当纺丝头旋转到溶液槽中ꎬ液体黏附在纺丝头表面ꎬ从而产生射流ꎮ同时无针头式喷丝头具有设计简单㊁产量高㊁通量大等优点ꎮ然而ꎬ由于开放式储液器通常具有相对较大的自由液体表面ꎬ所以溶剂易挥发ꎬ也难以精准控制射流的均匀发射ꎬ且需要施加较高的电压才能激发射流ꎬ能耗较大ꎮ本文主要设计一种集合有针和无针式静电纺丝的优点的新型纺丝头ꎬ由带有交错排列纺丝孔的线性阵列式小圆盘组成ꎮ喷丝孔交错排列避免相邻喷丝孔相互干扰ꎬ使得制备纳米纤维更均匀ꎮ进一步通过优化纺丝头结构参数(圆盘数量㊁圆盘间距㊁圆盘外径㊁中心轴直径㊁辅助电极)以及纺丝工艺参数ꎬ来调控纺丝电场分布情况ꎮ使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６软件ꎬ模拟了在不同参数调整下的纺丝模型ꎬ探究场强和电势大小在纺丝口处的分布情况ꎬ最终得到一个场强较高且场强分布均匀的纺丝头ꎮ１㊀静电场理论分析麦克斯韦方程组是电磁场的基础ꎬ也是静电纺丝体系中直流高压电场有限元分析的依据ꎮＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６静电场有限元模拟遵循泊松方程:－Ñｄε０εｒÑＶ＝ｄρ(１)式中:ε０和εｒ分别为真空介电常数和介质的相对介电常数ꎻρ和Ｖ分别为空间电荷密度和电势能ꎮ在边界条件设定中ꎬ根据式(２)对各边界条件进行约束ꎮ－ｎＤ＝ρｓ(２)式中:ｎ为界面的法向量ꎻρｓ为面电荷密度ꎮ本文中ꎬ空间电荷密度ρ为０Ｃ∕ｍ３ꎬ圆盘和中间的圆柱采用ＳｔｅｅｌＡＩＳＩ４３４０ꎬ其相对介电常数为１ꎮ静电纺丝模型中空气模型的六个面的边界条件为零电荷对称ꎬ因此其对应的公式应为:ｎＤ＝０(３)当ρｓ＝０时ꎬ即两种介质分界面上没有自由电荷分布ꎬＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６软件模拟时对应的边界条件为连续ꎮ基于以上原理ꎬ通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６软件进行静电场模拟可以得到静电纺丝过程中场强大小和分布情况ꎮ２㊀建模与模拟在三维建模软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建立模型ꎬ将其导入ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ有限元仿真模拟软件中进行静电场的模拟ꎮ建立的模型的样品图片如图１所示ꎮ由图１可知ꎬ整个装置由一根空心圆柱以及８个(或者偶数个)中间空心的圆盘组成ꎮ纺丝液从圆柱两端进入ꎬ流入圆盘下端ꎬ喷丝孔处受到高压电压的加持ꎬ形成纺丝射流ꎮ圆盘一侧的喷丝孔放大图如图２所示ꎮ图１㊀阵列圆盘式喷嘴及无针头静电纺丝设备Ｆｉｇ.１㊀Ａｒｒａｙｄｉｓｃｃａｐｉｌｌａｒｙｓｐｉｎｎｅｒｅｔａｎｄｎｅｅｄｌｅｌｅｓｓｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ图２㊀纺丝头结构示意Ｆｉｇ.２㊀Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｈｏｌｅｏｎｔｈｅｄｉｓｃ㊀㊀在图２中ꎬ清晰地看到喷丝孔排列方式不在同一水平线ꎮ装置水平放置时ꎬ相邻喷丝孔之间的夹角为３０ʎꎬ喷丝孔与铅垂线的角度为１５ʎꎬ因此可以避免喷丝孔之间的相互影响ꎮ此外ꎬ由于圆盘数量越多ꎬ各个纺丝孔处受到库仑斥力产生叠加ꎬ越靠外的纺丝头受到的库仑斥力总和就越大ꎬ场强越大ꎬ中间位置的纺丝孔场强越小ꎬ所以最外侧的圆盘上面不设置纺丝孔ꎬ将最外侧两个圆盘当作辅助电极来减弱边缘效应ꎬ产出更均匀的纳米纤维膜ꎮ采用三维建模软件Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立仿真模型并导入ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６中进行仿真模拟ꎮ简易的静电纺装置如图１所示ꎬ由圆盘式喷嘴㊁收集３４１ 第５期刘延波等:阵列圆盘式纺丝头结构对电场强度的影响器和空气域构成ꎮ其中圆盘式喷嘴由圆盘㊁空心轴和喷丝头组成ꎻ纺丝喷嘴距收集器距离为８０ｍｍꎬ喷嘴和收集器位于空气域的正中心位置ꎮ设计控制变量实验ꎬ从圆盘数量Ｎ㊁圆盘外径Ｒ㊁圆盘间距ｄ㊁中心轴直径Ｒ０㊁辅助电极㊁接收距离Ｄ㊁和施加电压７个方面研究对静电纺丝过程中电场分布的影响ꎮ在其他条件不变的情况下ꎬ只改变单因素的量ꎬ使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件模拟ꎬ导出电场强度具体数值进行分析ꎮ模型参数如表１ꎮ表１㊀模型参数设置Ｔａｂ.１㊀Ｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇ组别圆盘数量Ｎ∕个圆盘间距ｄ∕ｍｍ圆盘外径Ｒ∕ｍｍ中心轴直径Ｒ０∕ｍｍ外加电压Ｅ∕ｋＶ接收距离Ｄ∕ｍｍ１８㊁１０㊁１２４０４０２０２０８０２１０１０㊁２０㊁３０㊁４０㊁５０４０２０２０８０３１０４０４０㊁５０㊁６０２０２０８０４１０４０４０１０㊁１５㊁２０㊁２５２０８０５１０４０４０１０１５㊁２０㊁２５㊁３０８０６１０４０４０１０２５８０㊁１００㊁１２０㊁１４０㊀㊀将不同参数模型导入有限元仿真模拟软件ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６对静电纺丝过程中形成的电场分布进行模拟分析ꎬ纺丝头结构静电纺丝体系模型包括喷丝头㊁接收板和空气域三部分ꎮ三维模型和接收板部分定义的材料为ＳｔｅｅｌＡＩＳＩ４３４０ꎬ该材料的电导率为４.０３２ˑ１０６Ｓ∕ｍꎬ热膨胀系数为１２.３ˑ１０－６Ｋ－１ꎮ空气部分定义的材料则是Ａｉｒꎬ其电导率为０ꎮ模拟步骤为:ａ)将建立好的静电纺丝模型导入ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６有限元分析软件中ꎻｂ)定义静电纺丝设备材料属性ꎻｃ)对模型进行网格划分ꎻｄ)设定无限远边界ꎻｅ)施加载荷ꎻｆ)求解ꎻｇ)后处理ꎮ３㊀结果与分析３.１㊀阵列圆盘式喷孔结构对纺丝头场强分布的影响３.１.１㊀辅助电极对场强分布的影响使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件对两侧圆盘是否充当辅助电极的纺丝头进行模拟计算ꎬ可获得纺丝头电场云图及各纺丝位点场强值大小ꎮ图３(ａ)为不加辅助电极和增加辅助电极的纺丝头电场云图ꎬ纺丝位点的电场强度平均值和ＣＶ值如图３(ｂ)所示ꎮ图３㊀辅助电极对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.３㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆａｕｘｉｌｉａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅｏｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ４４１ 现代纺织技术第３１卷㊀㊀由图３(ａ)所示ꎬ加辅助电极电场云图整体颜色均匀度相比于不加辅助电极较为均匀ꎬ这是由于圆盘之间存在相斥库伦力ꎬ导致边缘处圆盘电场强度比中部圆盘电场强度高ꎬ圆盘数量越多ꎬ边缘效应愈加显著ꎮ由图３(ｂ)可知ꎬ加辅助电极场强变化较小ꎬ但ＣＶ值差别显著ꎮ不加辅助电极时ꎬ场强值为１.１２ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１０.２９％ꎮ加辅助电极时ꎬ场强值为１.０６ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为３.３２％ꎮ因此可得ꎬ边缘两侧圆盘充当辅助电极对电场均匀性影响显著[７]ꎬ使电场分布更加均匀ꎬ适合纺丝ꎮ３.１.２㊀圆盘数量对场强分布的影响使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件对不同圆盘数量的纺丝头进行模拟计算ꎬ可获得不同圆盘数量纺丝头电场云图及各纺丝位点场强值大小ꎮ纺丝头电场云图可以直观看到电场强度变化ꎬ纺丝头颜色越靠近红色ꎬ场强越高ꎮ图４为圆盘数量是８㊁１０㊁１２的电场云图ꎬ纺丝位点的电场强度平均值和ＣＶ值如图５所示ꎮ图４㊀不同圆盘数量的纺丝头的电场云图Ｆｉｇ.４㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｕｍｂｅｒｓｏｆｄｉｓｃｓ图５㊀圆盘数量对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.５㊀ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｉｓｋｓｏｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ如图４所示ꎬ随着圆盘数量的减少ꎬ圆盘边缘颜色越靠近红色ꎮ由此可知ꎬ随着圆盘数量的增加ꎬ电场强度逐渐减小ꎮ由于纺丝头为中心对称图形ꎬ所以施加电压时产生感应电荷也对称[８]ꎮ由于静电纺丝过程中会在喷丝孔下面形成泰勒锥ꎬ因此需研究喷丝孔下端１ｍｍ处坐标的电场强度分布情况ꎮ从图５可知ꎬ随着圆盘数量的增加ꎬ纺丝头平均场强随之减小ꎬ纺丝头的场强均匀性也随之变化ꎮ当圆盘数量为８时ＣＶ值为１.３１％场强平均值最大为１ １５ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬ虽然这种情况下纺丝头的场强最大ꎬ但由于场强ＣＶ值相对而言最大ꎬ易产生不稳定的射流ꎬ会直接影响纤维质量ꎮ综合来看圆盘数量为１０时ꎬ场强ＣＶ值较小为１.２８％ꎬ且场强平均值相对较大为１.１４ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬ该圆盘数量更适合纺丝ꎮ３.１.３㊀圆盘间距对场强分布的影响使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件对不同圆盘间距的纺丝头进行模拟计算ꎬ可获得不同圆盘间距纺丝头电场云图及各纺丝位点场强值大小ꎮ图６为圆盘间距是１０㊁２０㊁３０㊁４０㊁５０ｍｍ的电场云图ꎬ纺丝位点的电场强度平均值和ＣＶ值如图７所示ꎮ由图６可知ꎬ随着圆盘间距的增加ꎬ不同圆盘边缘的颜色差在减弱ꎬ颜色均匀表明场强分布均匀ꎮ由此可得间距越大ꎬ场强分布越均匀在其他条件不变的情况下ꎬ根据电场叠加原理可知ꎬ相邻圆盘之间存在互相排斥的库伦斥力ꎬ当圆盘间距越大时ꎬ电场干扰会越小ꎬ因此圆盘上喷丝孔附近的电场分布越５４１ 第５期刘延波等:阵列圆盘式纺丝头结构对电场强度的影响图６㊀不同圆盘间距的纺丝头的电场云图Ｆｉｇ.６㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｃｓｐａｃｉｎｇｓ均匀ꎮ从图７可知圆盘间距对电场均匀性的影响较大ꎮ当圆盘间距增大时ꎬ喷丝孔处电场强度随之增大且ＣＶ值不断减小ꎬ但圆盘间距增大到一定数值时ꎬ电场强度增长幅度和ＣＶ值减小幅度都在变小ꎮ当圆盘间距为５０ｍｍꎬ此时纺丝位点平均场强最大为１.１６ˑ１０６Ｖ∕ｍ且ＣＶ最小为０.７３％ꎮ可见增加圆盘间距是提高场强均匀性最高效的方式ꎬ但间距过大会导致射流相隔较远ꎬ收集装置收集的纤维相隔较远不利于纤维成网ꎬ容易出现中间厚两边薄的纤维网ꎮ因此ꎬ当圆盘间距为４０ｍｍ时ꎬ场强平均值较高为１.１４ˑ１０６Ｖ∕ｍ且ＣＶ值相对较小为１ ２８％ꎬ纺丝效果更好ꎮ３.１.４㊀圆盘外径对场强分布的影响使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件对不同圆盘外径的纺丝头进行模拟计算ꎬ可获得不同圆盘外径纺丝头电场云图及各纺丝位点场强值大小ꎮ图８为圆盘外径是４０㊁５０㊁６０ｍｍ的电场云图ꎬ纺丝位点的电场强度平均值和ＣＶ值如图９所示ꎮ图７㊀圆盘间距对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.７㊀ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｓｋｓｐａｃｉｎｇｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ图８㊀不同圆盘外径的电场云图Ｆｉｇ.８㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉｓｃｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｓ６４１ 现代纺织技术第３１卷图９㊀圆盘外径对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.９㊀ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｄｉｓｋｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ由图８可知ꎬ随着圆盘外径的增加ꎬ圆盘边缘红色区域减小ꎬ电场强度逐渐减小ꎮ在物理学中ꎬ导体表面曲率越大ꎬ导体表面电荷密度越大ꎬ场强越大[１０]ꎮ由于在其他条件不变的情况下ꎬ随着圆盘外径增加ꎬ圆盘曲率随之减小ꎬ所以随着圆盘外径的增加ꎬ场强随之减小ꎮ从图９可知ꎬ随着圆盘外径的增加ꎬ场强平均值随之减少ꎬＣＶ值随之增加ꎮ但场强值和ＣＶ值变化范围较小ꎬ所以圆盘外径对场强平均值和ＣＶ值的影响较小ꎮ综合来看ꎬ当圆盘外径为４０ｍｍ时ꎬ场强值最大为１.１７ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值最小为１.２８％最适合纺丝ꎮ３.１.５㊀中心轴直径对场强分布的影响使用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ ５.６仿真软件对不同中心轴直径的纺丝头进行模拟计算ꎬ可获得不同中心轴直径纺丝头电场云图及各纺丝位点场强值大小ꎮ图１０为中心轴直径是５㊁１０㊁１５㊁２０㊁２５ｍｍ的电场云图ꎬ纺丝位点的电场强度平均值和ＣＶ值如图１１所示ꎮ图１０㊀不同中心轴直径的电场云图Ｆｉｇ.１０㊀Ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｃｌｏｕｄｄｉａｇｒａｍｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｅｎｔｒａｌｓｈａｆｔｄｉａｍｅｔｅｒｓ㊀㊀由图１０可知ꎬ随着中心轴直径的增加ꎬ圆盘边缘红色区域减小ꎬ电场强度逐渐减小ꎮ由于在其他条件不变的情况下ꎬ随着中心轴直径的增加ꎬ纺丝头整体体积在变大ꎬ中心轴也占据一部分电荷ꎮ因此随着中心轴直径的增加ꎬ场强随之减小ꎮ从图１１可知ꎬ随着中心轴直径的增加ꎬ场强平均值和ＣＶ值随之减小ꎬ但ＣＶ值下降幅度小ꎬ说明中心轴直径的变化对电场分布均匀性影响较小ꎮ当中心轴直径为５ｍｍ时ꎬ纺丝位点平均场强最大值为１.３３ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬ但其ＣＶ值也是最大值为１.７８％ꎬ纺丝均匀性较差ꎮ因此ꎬ综合考虑选择中心轴直径为１０ｍｍ的纺丝头ꎬ其电场强度较大值为１.２９ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１.５６％ꎬ较为适合纺丝ꎮ图１１㊀中心轴直径对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.１１㊀ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｄｉａｍｅｔｅｒｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ７４１ 第５期刘延波等:阵列圆盘式纺丝头结构对电场强度的影响３.２㊀纺丝工艺参数对纺丝头场强分布的影响３.２.１㊀施加电压对场强分布的影响在静电纺丝过程中ꎬ当电场库伦斥力大于表面张力时才能激发射流ꎬ在电场力的作用下进行牵伸形成纤维[１１]ꎮ因此外加电压在静电纺丝过程中对电场分布的影响十分重要ꎬ图１２为施加不同电压条件下纺丝位点的场强平均值和ＣＶ值变化趋势ꎮ图１２㊀外加电压对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.１２㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆａｐｐｌｉｅｄｖｏｌｔａｇｅｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ由图１２可知ꎬ纺丝位点电场强度随着外加电压的增加呈增长趋势ꎬ增长规律相同ꎮ适当的增高电压不仅可以提高纤维产率ꎬ而且有利于纤维成型以及细化[１２]ꎮ但是电压过高会使射流量变大ꎬ射流速度过快ꎬ导致射流不能及时拉伸分裂ꎬ从而使纤维直径变大甚至导致串珠纳米纤维[１３]ꎮ而且高电压容易引起空气击穿ꎬ十分不安全ꎮ所以需选择合适的电压才能生产高质量纳米纤维ꎮ从图１１可以看出电压对电场强度的平均值影响较大ꎬ随着电压的增加ꎬ电场强度也同幅度地增加ꎬ电压对静电纺丝过程中电场均匀性影响几乎没有ꎬＣＶ值没有变化ꎮ因此ꎬ综合来看ꎬ当电压为２５ｋＶ时ꎬ场强较大值为１ ６１ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１.５６％ꎬ纺丝参数最佳ꎮ３.２.２㊀１.２.２接收距离对场强分布的影响纺丝头与收集装置之间的工作距离决定了电场强度的大小和射流沉积到收集板上的不稳定阶段ꎮ需要相对较长的距离来确保射流的完全延伸和凝固ꎬ从而形成固体纤维ꎮ一般来说ꎬ随着距离的增加ꎬ会形成更细的纤维ꎮ当喷丝头尖端与收集装置之间的距离过长ꎬ电场强度会导致场强过低ꎬ液滴不会产生射流ꎬ容易引发纺丝头堵塞ꎮ不同接收距离条件下纺丝位点的场强平均值和ＣＶ值如图１３所示ꎮ图１３㊀接收距离对场强和ＣＶ值的影响Ｆｉｇ.１３㊀ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｃｅｉｖｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｓ由图１３可知ꎬ喷丝孔位点的电场强度的大小随着接收距离的增大而减小ꎮ在物理学中ꎬ根据电场强度公式Ｅ＝Ｕ∕ｄ可知两点间的电压一定的情况下ꎬ接收距离越大ꎬ电场强度就越小ꎮ从图１３可以看出随着接收距离的增加ꎬ场强平均值也逐渐减小ꎮ接收距离的变化对纺丝位点场强分布均匀性的影响不显著ꎮ当接收距离为８０ｍｍ时ꎬ场强最高ꎬ场强值为１.６１ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１.５６％ꎬ电场均匀性好ꎬ适合纺丝ꎮ在实际的纺丝过程中ꎬ接收距离还需结合实际的聚合物溶液的性质和外加电压来确定ꎬ不能靠一味地缩短接收距离来提高电场强度ꎮ如果接收距离小ꎬ导致溶剂挥发不完全ꎬ射流牵伸不充分ꎬ纤维不能很好地固化成型ꎮ同时接收距离的缩短也会使 鞭动 不稳定区域变小ꎬ而鞭动过程会使纺丝射流发生劈裂而降低纤维直径ꎮ因此ꎬ接收距离过大时生产的纤维直径也会变粗ꎬ与文献结论相一致ꎮ４㊀结㊀论通过阵列圆盘式纺丝头结构设计ꎬ对其场强的有限元模拟ꎬ结论如下:ａ)在其他条件一定的情况下ꎬ圆盘充当辅助电极对电场均匀性影响显著ꎻ随着圆盘数量的增加ꎬ纺丝位点场强值与ＣＶ值随之减少ꎻ随着圆盘间距增加ꎬ场强逐渐增加ꎬＣＶ值显著减小ꎻ随着圆盘外径增加ꎬ场强逐渐减小ꎬＣＶ值变化较小ꎻ随着中心轴直径增加ꎬ场强随之减小ꎬ电场均匀性无显著变化ꎻ外加电压与接收距离对场强值影响较大ꎮｂ)经多组模型对比研究ꎬ发现圆盘数量为１０个㊁圆盘间距为４０ｍｍ㊁圆盘外径为４０ｍｍ㊁中心轴直径为１０ｍｍ㊁接收距离为８０ｍｍꎬ电压为２５ｋＶ８４１ 现代纺织技术第３１卷时ꎬ电场强度平均值为１.６１ˑ１０６Ｖ∕ｍꎬＣＶ值为１ ５６％ꎬ纺丝位点的电场强度较高且分布极其均匀ꎬ消除了边缘效应ꎮ实际静电纺丝时ꎬ外加电压与接收距离则结合静电纺丝情况择优使用ꎮ参考文献:[１]苏芳芳ꎬ经渊ꎬ宋立新ꎬ等.我国静电纺丝领域研究现状及其热点:基于ＣＮＫＩ数据库的可视化文献计量分析[Ｊ∕ＯＬ].东华大学学报(自然科学版)ꎬ２０２２:１￣１１.ＤＯＩ:１０.１９８８６∕ｊ.ｃｎｋｉ.ｄｈｄｚ.２０２２.０３４７.ＳＵＦａｎｇｆａｎｇꎬＪＩＮＧＹｕａｎꎬＳＯＮＧＬｉｘｉｎꎬｅｔａｌ.ＰｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎｄｈｏｔｓｐｏｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｉｎＣｈｉｎａ:ＶｉｓｕａｌｂｉｂｌｉｏｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＣＮＫＩｄａｔａｂａｓｅ[Ｊ∕ＯＬ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０２２:１￣１１.ＤＯＩ:１０.１９８８６∕ｊ.ｃｎｋｉ.ｄｈｄｚ.２０２２.０３４７. [２]ＢＡＲＨＯＵＭＡꎬＰＡＬＫꎬＲＡＨＩＥＲＨꎬｅｔａｌ.Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓａｓｎｅｗ￣ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ:Ｆｒｏｍｓｐｉｎｎｉｎｇａｎｄｎａｎｏ￣ｓｐｉｎｎｉｎｇｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｅｍｅｒｇｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＴｏｄａｙꎬ２０１９ꎬ１７:１￣３５. [３]ＴＯＭＡＳＺＥＷＳＫＩꎬＷＡＣＬＡＷＳꎬＭＡＲＥＫ.Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｏｆａｍｕｌｔｉ￣ｊｅｔｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｈｅａｄ[Ｊ].Ｆｉｂｒｅｓ＆ＴｅｘｔｉｌｅｓｉｎＥａｓｔｅｒｎＥｕｒｏｐｅꎬ２００５ꎬ１３(４):２２￣２６.[４]郭文利ꎬ任晓龙ꎬ陈江义.多针头静电纺丝电场分布改善及仿真分析[Ｊ]西安科技大学学报ꎬ２０２２ꎬ４２(４):８３３￣８４０.ＧＵＯＷｅｎｌｉꎬＲＥＮＸｉａｏｌｏｎｇꎬＣＨＥＮＪｉａｎｇｙｉ.Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉ￣ｎｅｅｄｌｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉ'ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ４２(４):８３３￣８４０. [５]ＴＨＥＲＯＮＳＡꎬＹＡＲＩＮＡＬꎬＺＵＳＳＭＡＮＥꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｔｉｐｌｅｊｅｔｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ:Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｍｏｄｅｌｉｎｇ[Ｊ].Ｐｏｌｙｍｅｒꎬ２００５ꎬ４６(９):２８８９￣２８９９.[６]ＶＡＲＥＳＡＮＯＡꎬＣＡＲＬＥＴＴＯＲＡꎬＭＡＺＺＵＣＨＥＴＴＩＧ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｊｅｔｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００９ꎬ２０９(１１):５１７８￣５１８５.[７]宿磊磊ꎬ吴宇珂ꎬ彭伟ꎬ等.辅助电极位置对场强分布的模拟研究[Ｊ].机电工程技术ꎬ２０２２ꎬ５１(７):１７５￣１７８.ＳＵＬｅｉｌｅｉꎬＷＵＹｕｋｅꎬＰＥＮＧＷｅｉꎬｅｔａｌ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｂｙｓｉｎｇｌｅｎｅｅｄｌｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ[Ｊ].Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ５１(７):１７５￣１７８.[８]刘延波ꎬ周聪ꎬ郝铭ꎬ等.二次分形螺线纺丝头设计及其对场强的影响[Ｊ].现代纺织技术ꎬ２０２３ꎬ３１(３):１２￣２０.ＬＩＵＹａｎｂｏꎬＺＨＯＵＣｏｎｇꎬＨＡＯＭｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｑｕａｄｒａｔｉｃｆｒａｃｔａｌｓｐｉｒａｌｓｐｉｎｎｅｒｅｔｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２３ꎬ３１(３):１２￣２０. [９]刘延波ꎬ罗鑫ꎬ郝铭ꎬ等.螺线式无针头静电纺丝过程中场强的分布与改善[Ｊ].天津工业大学学报ꎬ２０２１ꎬ４０(４):３８￣４４.ＬＩＵＹａｎｂｏꎬＬＵＯＸｉｎꎬＨＡＯＭｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｎｅｅｄｌｅｌｅｓｓｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｉａｎｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０２１ꎬ４０(４):３８￣４４.[１０]兰明建ꎬ李旭.对球形尖端导体表面附近静电场的研究[Ｊ].重庆工商大学学报(自然科学版)ꎬ２００４ꎬ２１(３):３０５￣３０８.ＬＡＮＭｉｎｇｊｉａｎꎬＬＩＸｕ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｆｉｅｌｄｎｅａｒｓｈａｒｐ￣ｐｏｉｎｔｏｆｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｕｒｆａｃｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)ꎬ２００４ꎬ２１(３):３０５￣３０８.[１１]ＸＵＥＪＪꎬＷＵＴꎬＤＡＩＹＱꎬｅｔａｌ.Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇａｎｄｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ:ｍｅｔｈｏｄｓꎬｍａｔｅｒｉａｌｓꎬａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＣｈｅｍｉｃａｌＲｅｖｉｅｗｓꎬ２０１９ꎬ１１９(８):５２９８￣５４１５. [１２]焦伟丽ꎬ袁杜娟ꎬ林冬松ꎬ等.基于高压静电纺丝法制备聚己内酯复合医用敷料的形貌影响研究[Ｊ].广东化工ꎬ２０２２ꎬ４９(２２):５０￣５３.ＪＩＡＯＷｅｉｌｉꎬＹＵＡＮＤｕｊｕａｎꎬＬＩＮＤｏｎｇｓｏｎｇꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｐｏｌｙｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ(ＰＣＬ)ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍｅｄｉｃａｌｄｒｅｓｓｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ[Ｊ].ＧｕａｎｇｄｏｎｇＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０２２ꎬ４９(２２):５０￣５３. [１３]周邦泽ꎬ刘占旭ꎬ李乐乐ꎬ等.静电纺工艺参数对ＳＥＢＳ纤维形貌和直径的影响[Ｊ].塑料工业ꎬ２０２１ꎬ４９(１):１４５￣１４８.ＺＨＯＵＢａｎｇｚｅꎬＬＩＵＺｈａｎｘｕꎬＬＩＬｅｌｅꎬｅｔａｌ.ＥｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｏｆＳＥＢＳｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０２１ꎬ４９(１):１４５￣１４８.[１４]董宇涵ꎬ辜鹏程ꎬ张子阳ꎬ等.肌腱仿生用定向ＰＬＬＡ微纳米纤维的静电纺丝工艺参数研究[Ｊ].材料科学与工艺ꎬ２０２２ꎬ３０(５):１０￣１７.ＤＯＮＧＹｕｈａｎꎬＧＵＰｅｎｇｃｈｅｎｇꎬＺＨＡＮＧＺｉｙａｎｇꎬｅｔａｌ.ＥｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＰＬＬＡｍｉｃｒｏ∕ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｆｏｒｔｅｎｄｏｎｂｉｏｎｉｃｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２２ꎬ３０(５):１０￣１７. [１５]田亮ꎬ陈泽中.实芯针电纺制备聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维[Ｊ].广州化学ꎬ２０２２ꎬ４７(６):５７￣６５.ＴＩＡＮＬｉａｎｇꎬＣＨＥＮＺｅｚｈｏｎｇ.Ｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｄｒｕｇ￣ｌｏａｄｅｄｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｗｉｔｈｓｏｌｉｄｎｅｅｄｌｅ[Ｊ].ＧｕａｎｇｚｈｏｕＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０２２ꎬ４７(６):５７￣６５.９４１第５期刘延波等:阵列圆盘式纺丝头结构对电场强度的影响０５１ 现代纺织技术第３１卷Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｒｒａｙｄｉｓｃ￣ｔｙｐｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙＬＩＵＹａｎｂｏ１ꎬ２ꎬＨＥＸｉｎｇｙｕ１ꎬＨＡＯＭｉｎｇ１ꎬ２ꎬＨＵＸｉａｏｄｏｎｇ１ꎬ２ꎬＹＡＮＧＢｏ１(１ａ.ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎻ１ｂ.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｅｗＴｅｘｔｉｌｅＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓꎬＷｕｈａｎＴｅｘｔｉｌｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈａｎ４３０２００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＴｉａｎｇｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３８７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｉｓｍａｉｎｌｙｕｓｅｄｔｏｐｒｅｐａｒｅｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｆｒｏｍｐｏｌｙｍｅｒｓ.Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｈａｖｅｈｉｇｈｐｏｒｏｓｉｔｙ ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａ ｇｏｏｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｄｒｕｇｄｅｌｉｖｅｒｙ ｗｏｕｎｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ ａｎｄｈａｖｅｂｅｃｏｍｅｏｎｅｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｈｏｔｓｐｏｔｓ.Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｉｓｍａｉｎｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｍｕｌｔｉ￣ｎｅｅｄｌｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇａｎｄｎｅｅｄｌｅｌｅｓｓｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ.Ｍｕｌｔｉ￣ｎｅｅｄｌｅｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｆｅｅｄｔｈｅｌｉｑｕｉｄ ａｎｄｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｖｏｌｔａｇｅｉｓｌｏｗ ｂｕｔｔｈｅｐｉｎｈｏｌｅｉｓｅａｓｙｔｏｂｌｏｃｋａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｃｌｅａｎ ａｎｄｔｈｅｒｅｉｓａｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｕｎｅｖｅｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ.Ｎｅｅｄｌｅｌｅｓｓｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇｃａｎｎｏｔａｃｃｕｒａｔｅｌｙｆｅｅｄｔｈｅｌｉｑｕｉｄ ｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｄｖｏｌｔａｇｅｉｓｈｉｇｈ ｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｉｓｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｗｉｄｅ.Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｅｐａｒｅｈｉｇｈ￣ｑｕａｌｉｔｙｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｏｎａｌａｒｇｅｓｃａｌｅ ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｂｕｉｌｄａｎｅｗｔｙｐｅｏｆａｒｒａｙｄｉｓｃ￣ｔｙｐｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｎｅｅｄｌｅｓｓｅｑｕｉｐｍｅｎｔ.Ｔｈｅｊｅｔｉｓｅｍｉｔｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｈｏｌｅ ｗｈｉｃｈｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｓｉｔｅａｎｄｐｒｅｃｉｓｅｆｅｅｄｉｎｇ.Ｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｓｐｉｎｎｅｒｅｔｈｏｌｅｓｉｓ３０ʎ ａｎｄｔｈｅａｎｇｌｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｈｏｌｅａｎｄｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｌｉｎｅｉｓ１５ʎ ｗｈｉｃｈｃａｎａｖｏｉｄｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｈｏｌｅｓａｎｄｗｅａｋｅｎｔｈｅｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔ.Ｆｉｒｓｔｌｙ ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｉｎｇｌｅｖａｒｉａｂｌｅ ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｄｉａｍｅｔｅｒ ｄｉｓｃｎｕｍｂｅｒ ｄｉｓｃｓｐａｃｉｎｇ ｄｉｓｃｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄａｕｘｉｌｉａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅ .Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｉｍｐｏｒｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔ ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｓｅｃｏｎｄｌｙ ｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｐｐｌｉｅｄｖｏｌｔａｇｅ ａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ ｗｅｒｅｃｈａｎｇｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.ＩｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄＣＶｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｉｓｃｓ.Ｔｈｅｄｉｓｋｓｐａｃｉｎｇｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ａｓｔｈｅｄｉｓｋｓｐａｃｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓａｎｄｔｈｅＣＶｖａｌｕｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ.ＴｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｄｉｓｃａｎｄｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｗｉｌｌｌｅａｄｔｏｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｖａｌｕｅａｎｄｈａｖｅｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅＣＶｖａｌｕｅ.ＴｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅＣＶｖａｌｕｅａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｓｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｖｏｌｔａｇｅ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｂｕｔｉｔｈａｓｎｏｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｖｏｌｔａｇｅ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｂｕｔｉｔｈａｓｎｏｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ.Ａｓｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｄｅｃｒｅａｓｅｓ ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈＣＶｖａｌｕｅｉｓｎｏｔｏｂｖｉｏｕｓ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｄｉｓｃｓｏｆｔｈｅｎｅｗｓｐｉｎｎｅｒｅｔｉｓ１０ ｔｈｅｄｉｓｃｓｐａｃｉｎｇｉｓ４０ｍｍ ｔｈｅｏｕｔｅｒｄｉａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｄｉｓｃｉｓ４０ｍｍ ｔｈｅｒｅｃｅｉｖｉｎｇｄｉｓｔａｎｃｅｉｓ１００ｍｍ ａｎｄｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｉｓ２５ｋＶ ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓ１.４８ˑ１０６Ｖ∕ｍ ａｎｄｔｈｅＣＶｖａｌｕｅｉｓ１.６０％.Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｏｖｅｒｃｏｍｅｓｔｈｅｅｄｇｅｅｆｆｅｃｔａｎｄｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｓｐｉｎｎｉｎｇ ｓｏｔｈａｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｄｅｖｉｃｅｍｏｄｅｌａｔｔｈｅｓｐｉｎｎｉｎｇｍｏｕｔｈｉｓｈｉｇｈａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｕｎｉｆｏｒｍ ａｎｄｈｉｇｈ￣ｑｕａｌｉｔｙｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｃａｎｂｅｐｒｅｐａｒｅｄｉｎｂａｔｃｈｅｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ａｒｒａｙｄｉｓｃ￣ｔｙｐｅｓｐｉｎｎｅｒｅｔ ｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ。