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中国科学技术大学硕士学位论文静电纺丝纳米纤维的研究姓名：徐松秀申请学位级别：硕士专业：核技术及应用指导教师：蒋诗平2011-05-12摘要近年来，纳米材料成为人们的研究热点,静电纺丝技术是一种能连续制备直径为几纳米到数微米纤维的有效方法之一。
由于其制备的纳米纤维具有独特的结构和优越的性能，能广泛应用于过滤材料、生物医学材料（包括人造器官、组织工程、血管、给药系统、创伤包扎、呼吸面罩等）和纳米电子仪器等领域。
目前，有关纳米纤维形态和材料特性的基础研究工作仍处于初级阶段，静电纺丝的工艺设计和开发功能化纳米纤维是新兴功能材料领域的一个研究热点。
本文利用自制静电纺丝装置研究纳米纤维的新应用领域，我们主要开展了以下二个部分的工作：第一部分：利用静电纺丝技术构建了新型三维纳米通道系统。
将不同质量分数的聚苯乙烯（polystyrene, PS：Mw=1.3×105 g/mol）溶液加入一定量十二烷基磺酸钠（SDS），在不同电压下进行静电纺丝。
所得纤维在90 ℃加热粘连后，形成三维聚苯乙烯纳米网络模板,然后将硅橡胶预聚体（含10%交联剂）灌注进入上述模板并交联形成网络复合材料，再用二硫化碳超声除去聚苯乙烯纤维。
采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜对纤维模板形貌和纳米通道进行了表征。
结果表明，质量分数为10%的PS溶液加入0.5%SDS，在20 kV电压下进行静电纺丝得到直径为150 nm的纤维。
SDS的加入对纺丝纤维具有平滑作用，使得粘连的纤维模板能更易去除，形成的三维纳米通道直径约160 nm左右，与纤维模板直径一致。
该类型纳米通道可以应用于医学药物载体、纳流控芯片等众多领域。
第二部分：利用静电纺丝技术制备了聚苯乙烯（PS）与Gelatin复合纳米纤维刚性乳化剂，应用扫描电子显微镜（SEM）表征和分析了纤维的形貌，分别研究了溶液浓度、纺丝电压、接收距离、进样速度等因素对纤维形貌和直径的影响，并用接触角实验和荧光显微镜实验分别从不同角度对混纺效果进行了验证。
静电纺丝技术及其应用研究一、引言静电纺丝技术是一种利用电荷激发聚合物液体变成细纤维的方法，由于其简单、高效、低成本等优势，在纺织、生物医学、能源领域等得到广泛应用和研究。
本文将从静电纺丝技术的原理、纺丝过程、纤维特性以及应用领域等方面进行深入探讨。
二、静电纺丝技术的原理与纤维形成机制静电纺丝技术利用电荷作用将聚合物液体通过纺丝喷嘴喷射到基底上，通过电荷相互作用来形成纤维。
在电场的作用下，聚合物溶液中的分子会受到电荷的影响而变形，聚合物链会被电荷排斥并随之形成纤维。
纤维的直径和形状可以通过控制喷嘴距离、电压、液体流速等参数进行调节。
三、静电纺丝技术的纺丝过程静电纺丝技术的纺丝过程主要包括聚合物溶液的制备、喷丝装置的设计以及纤维收集等步骤。
首先，将聚合物溶解在适当的溶剂中制备成溶液。
接着，通过高压泵将聚合物溶液推送至喷嘴，在喷嘴的作用下形成细纤维，并通过电荷作用使纤维凝固。
最后，通过电极或转盘等方式将纤维收集起来。
四、静电纺丝技术的纤维特性静电纺丝技术制备的纤维具有许多独特的特性。
首先，纤维直径可调节，从几纳米到几百微米都可以制备。
其次，纤维表面光滑，纤维之间结构紧密，具有较高的比表面积。
此外，静电纺丝技术还可以制备多孔性纤维，具有较好的机械性能和生物相容性。
五、静电纺丝技术在纺织领域的应用研究静电纺丝技术在纺织领域有着广泛的应用。
例如，利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维膜，用于制备高性能滤料、阻燃材料等。
此外，静电纺丝技术还可以制备出具有特殊功能的纤维，如抗菌纤维、防紫外线纤维等。
此外，在服装领域，静电纺丝技术还可以制备出具有高透气性和柔软度的纤维，提升穿着的舒适性。
六、静电纺丝技术在生物医学领域的应用研究静电纺丝技术在生物医学领域也有着广泛的应用。
例如，利用静电纺丝技术可以制备出纳米纤维支架，用于组织工程和药物释放等。
此外，静电纺丝技术还可以制备出具有控释功能的纤维载体，用于缓释药物。
此外，在伤口敷料和人工皮肤的制备中，静电纺丝技术也发挥了重要作用。
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。
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。
静电纺丝技术的应用及其发展前景材料成型09-3 陈桂宏 14095543“静电纺丝”一词来源于“electrospinning”或更早一些的“electrostaticspinning”,国内一般简称为“静电纺”、“电纺”等等。
早在上世纪30年代就有人在电纺技术上申请了一系列的专利，是人们早已知晓的一项技术。
1934年，Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。
但是，由于静电纺丝的可生产性较低，并没有引起人们的注意，直到近十年，由纳米技术的迅速发展，静电纺丝才再次引起世界各国研究学者的关注，并逐渐成为世界上用得到的最普遍生产纳米纤维的方法。
通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。
静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。
图 1 静电纺丝装置图1 静电纺丝技术原理及影响因素静电纺丝的基本原理是:聚合物溶液或熔体在高压静电的作用下,会在喷丝口处形成 Taylor锥,当电场强度达到一个临界值时,电场力就能克服液体的表面张力, 在喷丝口处形成一股带电的喷射流。
喷射过程中, 由于喷射流的表面积急速增大, 溶剂挥发, 纤维固化并无序状排列于收集装置上 ,从而得到我们需要的纳米纤维, 其装置图如图 1 所示。
电纺技术制备的纤维直径可以在数十纳米到数百纳米之间。
到目前为止, 已经报道有大约 100种聚合物利用静电纺丝技术制备出超细纳米纤维。
静电纺丝法的许多工艺参数相互密切联系,决定了纤维的直径大小和纤维的均匀性等性质。
影响静电纺丝过程的因素主要有两个方面, 一是溶液的性质,包括溶液粘度, 表面张力等; 二是电纺设备参数, 如外加电压, 收集装置之间的距离等。
静电纺丝技术在纺织品制造中的应用研究一、引言静电纺丝技术是一种重要的纺织品制造技术，通过利用静电力将纤维从液滴状态转变为纺丝状，其制备的纺丝具有较小的纤维直径和较大的比表面积，具有广泛的应用前景。
本文将对静电纺丝技术在纺织品制造中的应用进行研究。
二、静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种基于静电原理的纺丝技术，其主要原理是通过高压电场产生的静电力将纤维从溶液中拉伸出来，形成细丝状。
首先，将聚合物或其他溶液注入高压电场中的喷头，然后通过高压电场的作用，使溶液中的纤维在电场力的拉伸下形成细长的纺丝。
最后，纺丝被固化形成纤维束。
三、静电纺丝技术在纺织品制造中的应用1. 纺织品材料的制备静电纺丝技术可以用于制备各种纺织品材料，如纤维素纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维等。
这些纤维材料具有较小的直径和较大的比表面积，可以用于制备高性能的纺织品。
此外，通过调整喷头和溶液的参数，可以制备出具有不同结构和性能的纺织品材料，如中空纤维、纳米纤维等。
2. 织物的加工与改性采用静电纺丝技术可以对织物进行加工与改性。
首先，通过静电纺丝技术制备得到的纤维可以直接用于织物的制作，形成具有良好柔软性和透气性的织物。
另外，纺丝过程中还可以添加其他物质，如纳米粒子、功能性化合物等，使纺织品具有特殊的性能，如抗菌、防水、耐热等。
此外，静电纺丝还可以制备出具有特殊结构的织物，如三维纺织品、多孔纺织品等。
3. 纺织品的功能性应用静电纺丝技术制备的纺织品具有较小的纤维直径和较大的比表面积，使其表面具有很高的活性和可操作性，可以用于实现纺织品的多种功能性应用。
例如，在医疗领域，可以应用静电纺丝技术制备出纳米纤维膜，用于伤口敷料、药物缓释等应用；在能源领域，可以制备出具有高效吸附性能的纤维材料，用于油水分离、脱硫等应用；在环境领域，可以制备出具有高效过滤性能的纺织品，用于空气净化、水处理等应用。
四、静电纺丝技术的挑战与展望虽然静电纺丝技术在纺织品制造中具有广泛的应用前景，但仍然面临一些挑战。
静电纺丝纳米纤维材料的性能研究随着纳米材料的发展，静电纺丝纳米纤维材料作为一种新兴材料备受关注。
静电纺丝技术是一项将高分子液体转化为超细纤维的过程，通过静电作用将液体拉伸成直径几乎与原子尺寸同等大小的纳米纤维。
这种纳米纤维的优异性质赋予它广泛的应用前景。
本文从静电纺丝纳米纤维材料的性能研究方面展开探讨。
一、力学性能研究静电纺丝纳米纤维材料的力学性能是其在实际应用中最为关键的一项指标。
研究表明，在静电纺丝纳米纤维的制备过程中，拉伸速度会对其力学性能产生影响。
在制备速度较慢的情况下，纳米纤维的拉伸过程会更充分，因此其力学性能更优。
同时，纳米纤维的拉伸过程中存在着复杂的形变，在大变形情况下，纤维会出现断裂、滑移等现象，因此，提高纤维的抗拉强度和延展性是静电纺丝纳米纤维材料力学性能研究的重点。
二、表面性质研究静电纺丝纳米纤维材料具有很高的比表面积和表面能，这使得其表面性质的研究也显得尤为重要。
研究表明，不同材料的纳米纤维表面性质存在差异。
材料表面的化学键、结晶性以及表面电荷密度等特性都会影响其表面性质。
此外，纳米纤维材料表面的亲水性和疏水性也是其研究的热点之一。
三、生物医学应用研究静电纺丝纳米纤维材料在生物医学应用领域有着广泛的应用前景。
其优异的力学性能和表面性质使得其在组织工程、细胞培养等领域发挥重要作用。
研究表明，在纳米纤维材料的表面覆盖上相应的生物大分子，例如生长因子、细胞黏附分子等，可以使其在细胞培养过程中具有更佳的细胞亲和性和细胞生长性能。
四、电学性能研究静电纺丝纳米纤维材料不仅在力学和表面性质方面具有优异的性质，同时在电学性能方面也显示出其独特的特点。
其高比表面积和纳米级直径，使其在电学性能方面表现出超过传统材料的优异性能，例如超高的电导率、介电常数等。
基于其优异的电学性能，静电纺丝纳米纤维材料在传感器、生物电子学等领域的应用呈现出广阔的应用前景。
总之，静电纺丝纳米纤维材料拥有广泛的应用前景。
