纳米纤维技术介绍
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纳米科技在纺织品制造中的应用教程纳米科技的快速发展正在给各个领域带来巨大的变革,其中纺织品制造领域也不例外。
纳米科技在纺织品制造中的应用为纺织品赋予了许多新的功能和性能,提升了其价值和竞争力。
本文将为您介绍纳米科技在纺织品制造中的应用,并提供一些实际的教程和案例。
1. 纳米涂层技术纳米涂层技术是将纳米颗粒应用于纺织品表面,通过化学反应或物理吸附形成一层均匀、致密的纳米涂层。
这些纳米涂层能够赋予纺织品许多功能,如防水、防污、抗菌和防紫外线等。
在应用纳米涂层技术时,首先需要选择合适的纳米材料。
常用的纳米材料包括二氧化钛、氧化锌和银等。
然后,将纳米材料分散在适当的溶剂中,形成纳米悬浊液。
接下来,将纺织品浸泡在悬浊液中,使纳米颗粒均匀地附着在纺织品表面。
最后,通过热处理或紫外线照射等方法,将纳米颗粒固定在纺织品上。
2. 纳米纤维技术纳米纤维技术是利用纳米级纤维形成纤维网络结构,将其应用于纺织品中。
纳米纤维的直径通常在100纳米以下,与自然纤维相比更轻、更柔软,且具有更大的比表面积和更好的透气性。
在制备纳米纤维时,可以使用溶液旋转、电纺和喷雾等方法。
其中,电纺是一种常用的技术。
首先,将纳米纤维溶液注入电纺器,通过高电压使溶液产生电场。
然后,通过静电作用和极化作用,使溶液中的纤维成为纳米级细丝。
最后,将纳米纤维细丝堆积在收集器上,形成纳米纤维膜。
纳米纤维膜可以用于制作纺织品,如过滤器、隔热层和防护服等。
此外,与纳米涂层技术相结合,纳米纤维膜还可以用于制作防水、防污和抗菌纺织品。
3. 纳米复合材料纳米复合材料是将纳米材料与纺织品原料混合,并通过化学反应或物理吸附使其在纺织品中均匀分布。
纳米复合材料可以赋予纺织品许多新的性能和功能,如耐火、阻燃和耐候等。
制备纳米复合材料的方法有很多,其中一种常见的方法是将纳米材料分散在适当的溶剂中,与纺织品原料进行共混。
然后,通过化学反应或物理吸附使纳米材料与纺织品原料发生反应或结合。
静电纺纳米纤维制备及力学性能分析一、静电纺纳米纤维制备的技术原理和工艺流程静电纺纳米纤维是一种新型材料,利用静电场将聚合物或其他高分子化合物制成细纤维。
通过静电纺纺纤技术,可以制备纤维直径在几百纳米至几微米范围内的超细纤维。
在制备过程中,静电纺纺纤器是核心设备,主要由高压电源、液体喷头和收集器组成。
制备过程主要分为溶液制备、纺丝和定型三个步骤。
其中,纺丝过程又分为电荷分离、电荷传输和纤维形状控制三个阶段。
二、静电纺纳米纤维的力学性能表征与分析静电纺纳米纤维的力学性能是制备过程中需要关注的问题之一。
目前,主要通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、基准伸长实验(Tensile Test)等手段来表征力学性能。
其中,强度和伸长率是评价静电纺纳米纤维力学性能的重要参数。
强度代表纤维的耐拉强度,伸长率代表纤维的柔韧性。
另外,还需考虑纤维表面形貌、断裂形貌等因素。
三、静电纺纳米纤维在建筑材料领域的应用现状与发展前景静电纺纳米纤维在建筑材料领域有着广泛的应用前景,主要包括轻质高效隔音材料、防水防腐材料和高性能增强材料等方面。
目前已有许多研究团队在该领域进行了探索,并取得了令人瞩目的成果。
未来,随着科技的快速发展和社会需求的提高,静电纺纳米纤维在建筑材料领域的应用前景将更加光明。
四、静电纺纳米纤维在墙体隔音材料的应用案例静电纺纳米纤维在墙体隔音材料方面的应用是其最为广泛和深入的领域之一。
例如,耐温性和抗损耗性好、比表面积大的静电纺纳米纤维适用于工业噪声控制;而针对室内低频噪声控制,采用有机硅的方法可以降低隔音材料的临界频率,进而增强材料的低频隔音效果。
五、静电纺纳米纤维在建筑装饰材料中的应用案例静电纺纳米纤维在建筑装饰材料中也有着广泛的应用前景。
例如,利用静电纺纤维技术制备的高透光的无缝墙布可以有效防止建筑室内潮湿、霉变和渗漏等现象;静电纺纳米纤维还可以用于制备阻燃材料,增强材料的防火性能等等。
纳米纤维素分散一、纳米纤维素的特性及应用1. 纳米纤维素的特性纳米纤维素是一种具有纳米级尺寸的纤维素材料,其主要来源于植物细胞壁的纤维素。
纳米纤维素具有以下优异特性:(1)高比表面积:纳米纤维素的比表面积达到了几百平方米每克,具有很大的活性表面,有利于吸附、催化等反应。
(2)优异的力学性能:纳米纤维素具有很高的强度和模量,可用于增强材料的力学性能。
(3)生物相容性:纳米纤维素是一种天然产物,具有很好的生物相容性,不会引起免疫反应和毒性反应。
(4)可降解性:纳米纤维素是一种可降解的材料,可以在环境中迅速降解,对环境无污染。
2. 纳米纤维素的应用纳米纤维素具有多种应用,主要包括以下几个领域:(1)医学领域:纳米纤维素可用于药物传递、医用材料、人工器官等方面。
利用纳米纤维素的高比表面积和生物相容性,可以将药物载载于纳米纤维素上,实现精准控释,提高药物的生物利用度。
(2)食品领域:纳米纤维素可用于食品包装、食品添加剂等方面。
利用纳米纤维素的高强度和可降解性,可以制备出具有优异性能的食品包装材料,延长食品的保鲜期。
(3)材料领域:纳米纤维素可以用于制备纳米复合材料、纳米涂层等。
利用纳米纤维素的高强度和模量,可以增强材料的力学性能,提高其热稳定性和耐磨性。
二、纳米纤维素的分散技术纳米纤维素由于其高比表面积和颗粒间相互作用力的强大,具有很强的团聚性,容易发生团聚导致分散性差。
因此,如何提高纳米纤维素的分散性和稳定性,是纳米领域中的一个重要问题。
纳米纤维素的分散技术主要包括以下几个方面:1. 分散剂的选择分散剂是影响纳米纤维素分散性的一个重要因素。
常用的分散剂有表面活性剂、聚合物、胶体颗粒等。
通过表面活性剂的吸附或聚合物的包覆,可以改善纳米纤维素的分散性,阻止其团聚,提高分散效果。
2. 溶剂的选择溶剂选择对纳米纤维素的分散性和稳定性也有很大影响。
通常情况下,极性溶剂对纳米纤维素的分散效果较好,如水、乙醇等。
在选择溶剂时,需考虑溶剂与纳米纤维素的相容性、极性和表面张力等因素。
纳米纤维膜材料的制备及其过滤性能研究随着科技的不断进步和社会的发展,纳米技术成为了研究的热点领域。
其中,纳米纤维膜材料作为一种重要的纳米材料,在过滤领域具有潜力巨大的应用前景。
本文将探讨纳米纤维膜材料的制备方法以及其在过滤性能方面的研究。
一、纳米纤维膜材料的制备方法1. 电纺法电纺法是最常用的制备纳米纤维膜的方法之一。
该方法利用高电压将聚合物液体或溶液喷射成纤维,经过固化之后形成纳米纤维膜。
电纺法制备的纳米纤维膜具有高比表面积、细小的孔隙尺寸和良好的微观结构。
2. 真空过滤法真空过滤法通过将聚合物溶液放置在具有微米级孔隙的膜上,利用真空抽取溶剂,使聚合物溶液在膜上形成纳米纤维状。
真空过滤法制备的纳米纤维膜具有较高的孔隙率和良好的渗透性能。
3. 相转移法相转移法是一种通过界面活性剂调控纳米纤维的制备方法。
通过调节界面活性剂的浓度和类型,使其在水溶液-有机溶液界面产生交互作用力,从而形成纤维状的纳米材料。
二、纳米纤维膜材料的过滤性能研究1. 孔隙结构控制纳米纤维膜的孔隙结构对其过滤性能具有重要影响。
研究人员可以通过调节电纺工艺中的参数,如电压、喷丝距离和聚合物浓度等,来控制纳米纤维膜的孔隙尺寸和分布。
此外,不同的制备方法也会对孔隙结构产生影响,如真空过滤法制备的纳米纤维膜具有较大的孔隙尺寸。
2. 渗透性能研究纳米纤维膜作为过滤材料,其渗透性能是一个非常重要的性能指标。
研究人员通过测量纳米纤维膜的渗透通量和截留率来评估其过滤性能。
在研究中,可以通过调节纳米纤维膜的厚度、孔隙结构和材料表面性质等因素,来改善纳米纤维膜的渗透性能。
3. 应用研究纳米纤维膜材料具有广泛的应用前景。
在饮用水和废水处理中,纳米纤维膜可以有效去除微小的悬浮物和溶解物质。
此外,在空气过滤领域,纳米纤维膜也可以用于过滤空气中的颗粒物,提供更好的室内空气质量。
在生物医学领域,纳米纤维膜还可以应用于组织工程、药物传输等方面。
总结:纳米纤维膜材料的制备及其过滤性能研究对于开发高效的过滤材料具有重要意义。
亚微米-纳米纤维的技术进展及应用现状文 | 芦长椿作者简介:芦长椿,男,1941年生,高级工程师。
作者单位:全国化纤新技术开发推广中心。
The Current Status of Submicro-nanofibers Technology and Application摘要:纳米纤维具有独特性能,可广泛用于环境修复、过滤与分离、能源生产与贮能、电气和光学传感器、组织工程以及药液控释等领域。
静电纺丝法是目前纳米纤维生产最常用的技术之一,但其生产效率较低,大规模生产的制约因素较多。
针对此,文章介绍了几种生产亚微米-纳米纤维的新技术,如离心纺丝工艺、熔法纳米纤维工艺及其杂化工艺等。
关键词:亚微米-纳米纤维;静电纺丝;杂化工艺;离心纺丝中图分类号:TQ340.64 文献标志码:AAbstract: Nanofibers have specific features and are widely used in several applications including environmental remediation, filtration, energy production and storage, electronic and optical sensor, tissue engineering as well as drug delivery. Since electrospinning is limited by its low productivity and unable for mass production due to restriction factors, this paper introduces the new production technology of submicro-nanofibers technology, such as centrofugal spinning, melt-spun nanoweb and hybrid nanofibers.Key words: submicro-nanofibers; electrospinning; hybrid; centrofugal spinning过去10余年,高性能聚合物技术取得了巨大进步,其中,纳米纤维和纳米纤维素材料的开发和应用研究受到广泛重视。
纳米材料在纺织品中的应用方法与技巧纳米材料是指其尺寸在1-100纳米之间的材料,具有特殊的物理、化学和生物学性质。
纳米材料在纺织品中的应用已经取得了许多重要的进展,为纺织品赋予了新的功能和性能。
本文将介绍纳米材料在纺织品中的应用方法与技巧。
1. 纳米涂层技术纳米涂层技术是将纳米颗粒分散在液体中,通过喷涂、浸渍或喷雾等方法将纳米液体均匀地涂覆在纺织品表面。
这种方法可以改善纺织品的性能,比如增加防水、防污、防菌、抗紫外线等功能。
例如,通过将纳米二氧化钛涂覆在纺织品表面,可以增加纺织品的抗紫外线能力,降低紫外线对皮肤的伤害。
2. 纳米复合材料制备技术纳米复合材料是将纳米材料与纺织品的纤维进行混合,通过微观结构的改变来改善纺织品的性能。
常用的纳米复合材料制备技术包括溶胶-凝胶法、溶液法和电纺法等。
这些方法可以将纳米材料均匀地分散在纺织品中,使纺织品具有抗菌、吸湿、抗静电等功能。
例如,通过将纳米银颗粒与纤维进行混合,可以制备出具有抗菌功能的纺织品。
3. 纳米纤维技术纳米纤维技术是通过特殊的纺织方法制备纤维直径在纳米尺度范围内的纤维。
这种纳米纤维具有较大的比表面积和较好的透气性,能够提高纺织品的透气性、舒适度和耐久性。
目前常用的纳米纤维技术包括静电纺丝法和模板法等。
通过这些方法制备的纳米纤维可以用于制备防尘、抗菌、吸水速度快等功能的纺织品。
4. 纳米印花技术纳米印花技术是将纳米颗粒直接印刷在纺织品上,从而实现纺织品的功能化。
这种技术可以在纺织品表面形成纳米颗粒的一层薄膜,使纺织品具有抗菌、防臭、防紫外线等功能。
纳米印花技术具有高效、低成本和易操作等优点。
例如,通过将含有纳米锌氧颗粒的墨水印刷在纺织品上,可以实现纺织品的抗菌功能。
5. 纳米改性技术纳米改性技术是将纳米颗粒与纺织品进行物理或化学上的改性。
这种方法可以改善纺织品的柔软性、耐磨性、抗皱性等,提高纺织品的舒适度和耐用性。
纳米改性技术包括纳米溶胶浸渍、纳米粉末共混和纳米交联等方法。
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。
纳米纤维的发展和应用摘要本文简单介绍了纳米纤维的定义、特点和应用,主要讨论了纳米纤维的制备方法,包括传统纺丝方法(如:静电纺丝法、复合纺丝法和分子喷丝板法) 的改进以及新兴的生物合成法和化学合成法。
关键词纳米纤维,技术,进展,生物合成,化学合成,应用前景1 前言随着纳米材料技术的飞速发展,纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点,并在电子、机械、生物医学、化工、纺织等产业领域得到一定的应用。
纳米纤维技术在传统产业中的应用必将提升传统产业。
纳米纤维主要包括2 个概念:一是严格意义上的纳米纤维,即纳米尺度的纤维,一般指纤维直径小于100 nm的纤维。
另一概念是将纳米微粒填充到纤维中,对纤维进行改性,采用性能不同的纳米微粒,可开发抗菌、阻燃、防紫外、远红外、抗静电、电磁屏蔽等各种功能性纤维。
2 纳米纤维制备技术的进展2. 1 静电纺丝法[1~4]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,是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动并发生形变,然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,于是得到纤维状物质,这一过程简称电纺。
目前电纺技术已经用于几十种不同的高分子,即包括大品种的采用传统技术生产的合成纤维,如:聚酯、尼龙、聚乙烯醇等柔性高分子的电纺。
此外,包括蚕丝、蜘蛛丝在内的蛋白质和核酸(DNA) 等生物大分子也进行过电纺实验。
尽管所用的材料十分广泛,但是目前电纺纤维总是以在收集板负极上沉积的非织造布的形式而制得的,其中单纤维的直径可以随加工条件而变化,典型的数值为40 nm~2μm ,甚至可以跨越10 nm~10μm 的数量级,即微米、亚微米或纳米材料的范围。
电纺纤维最主要的特点是所得纤维的直径较细,新形成的非织造布是一种有纳米微孔的多孔材料,有多种潜在用途。
但是,目前的电纺技术在推广上存在一定技术问题:第一,此法得到的只能是非织造布,而不能得到纳米纤维彼此可分离的长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低,难以大规模应用;第三,由于多数条件下静电纺丝中的拉伸速率较低,纺丝路程很短,结果电纺纳米纤维的强度较低。
纳米科技在纺织品领域的创新应用纳米科技是近年来快速发展的一项跨学科领域,它的进步和创新已经渗透到了各个行业,包括纺织品领域。
纳米技术在纺织品中的应用,以其独特的性能和功能,为纺织品的改进和创新带来了巨大的影响。
本文将探讨纳米科技在纺织品领域的创新应用,并详细介绍一些成功案例。
纳米技术的应用可以使纺织品具备一系列突出的性能,例如高强度、抗菌、防水、防晒、耐磨等。
其中,纳米纤维技术是当前纺织品领域中最受关注的技术之一。
通过纳米纤维技术,可以制造出直径仅为纳米级别的纤维,极大提高了纤维的比表面积和界面能力。
纳米纤维具有高强度、高延伸率和高断裂能耗等特性,可以增强纺织品的抗拉伸能力,延长其使用寿命。
除了纳米纤维技术,还有其他一些纳米科技在纺织品领域的创新应用。
例如,纳米涂层技术可以在纺织品表面形成一层纳米厚度的涂层,提供防水、耐磨、防紫外线等功能。
这种纳米涂层可以使纺织品在面对恶劣环境条件时能够更好地保护人体。
此外,纳米材料的加入还可以赋予纺织品抗菌性能,防止细菌滋生,提高穿着的舒适度和卫生性。
纳米科技在纺织品领域的创新应用不仅改善了纺织品的功能,还使得纺织品在设计上更加多样化和个性化。
纳米技术可以使纺织品染色更加均匀、持久,提高染色效果的鲜艳度和色牢度。
此外,纳米技术还可以实现纺织品的光学和电学改性,使得纺织品具有反射光线、散射光线、控制光线穿透等功能。
这些功能的引入不仅使纺织品在外观上更加具有吸引力,还可以为纺织品增加一些特殊、创新的应用领域,例如智能纺织品、可穿戴设备等。
纳米科技在纺织品领域的创新应用已经取得了一些成功案例。
例如,瑞士的一家纺织公司开发了一种纳米晶生产技术,该技术将金属粉末变成纳米颗粒,并通过电化学沉积在纤维上。
这种纳米晶技术可以赋予纺织品抗菌、抗气味、抗静电、抗辐射等功能,大大提高了纺织品的性能。
此外,有研究人员开发出一种纳米防晒剂,可以将纳米粒子均匀分布在纺织品表面,有效地阻挡紫外线的侵入。
纳米材料在纺织品中的应用指南纺织品是人们日常生活中不可或缺的一部分,而纳米材料的应用则给纺织品的性能和功能带来了革命性的改变。
纳米材料的应用使得纺织品具备了防水、防污、抗菌等特性,同时也提升了纺织品的强度和耐磨性。
本文将介绍几种常见的纳米材料在纺织品中的应用,并讨论其特点和优势。
一、纳米金属颗粒纳米金属颗粒是最常见的纳米材料之一,并广泛应用于纺织品中。
通过在纺织品中添加纳米金属颗粒,可以赋予纺织品抗菌和抗臭等特性。
此外,纳米金属颗粒还具备优异的导电性能,可用于制作导电纺织品,如智能服装和传感器。
二、纳米陶瓷颗粒纳米陶瓷颗粒具有高温稳定性和耐磨性等特点,因此在纺织品中的应用十分广泛。
通过添加纳米陶瓷颗粒,可以增强纺织品的抗磨损性能,延长使用寿命。
此外,纳米陶瓷颗粒还可以提高纺织品的防紫外线性能,保护皮肤免受紫外线的伤害。
三、纳米纤维纳米纤维是指纤维的直径在纳米尺度范围内的纤维材料。
纳米纤维具有较大的比表面积和高孔隙度,因此在纺织品中的应用十分广泛。
通过添加纳米纤维,可以提高纺织品的抗菌性能和湿透不透性。
此外,纳米纤维还可以提高纺织品的透气性和舒适性,使人体在炎热的环境中保持干爽。
四、纳米涂层技术纳米涂层技术是将纳米材料通过涂覆的方式应用于纺织品上。
纳米涂层技术可以赋予纺织品多种功能,如防水、防污、防油等。
通过纳米涂层技术,纺织品可以在接触水或油时迅速排除液体,保持干燥和清洁。
五、纳米复合纤维纳米复合纤维是将纳米材料与纺织纤维混合,形成具有特殊性能的复合纤维。
通过添加纳米材料,可以增加纺织品的强度和耐磨性,并改善纺织品的柔软性和触感。
此外,纳米复合纤维可以增加纺织品的导电性能,实现智能化和可穿戴设备的应用。
纳米材料在纺织品中的应用不仅提升了纺织品的性能和功能,还为人们的生活带来了诸多便利。
纳米材料的应用使纺织品具备了防水、防污、抗菌等特性,更耐磨且在高温环境下稳定。
同时,纳米材料的应用还有利于环保和可持续发展,例如纳米陶瓷颗粒的应用可以降低纺织品的磨损和耐久性降低导致的资源浪费。
纳米纤维材料纳米纤维材料是一种具有纳米级直径的纤维材料,通常由聚合物、金属或陶瓷等材料构成。
由于其极小的尺寸和特殊的结构,纳米纤维材料具有许多独特的性能和应用前景,被广泛应用于纺织品、过滤材料、生物医学、能源储存等领域。
首先,纳米纤维材料在纺织品领域具有广阔的应用前景。
由于纳米纤维的直径通常在100纳米以下,远小于人类头发的直径,因此纳米纤维纺织品具有更高的比表面积和更细腻的纤维结构,使得纺织品具有更好的透气性、吸湿性和柔软性。
同时,纳米纤维材料还可以通过功能化处理赋予纺织品防水、防污、抗菌等特殊功能,满足人们对于高性能纺织品的需求。
其次,纳米纤维材料在过滤材料领域也具有重要的应用价值。
由于纳米纤维的直径远小于微米级颗粒,因此纳米纤维过滤材料具有更高的过滤效率和更低的压降。
纳米纤维材料还可以通过调控纤维直径和孔隙结构来实现对不同颗粒大小的选择性过滤,广泛应用于空气净化、水处理、医疗卫生等领域。
此外,纳米纤维材料在生物医学领域也有着重要的应用。
纳米纤维材料具有极高的比表面积和丰富的孔隙结构,可以用于载药、修复组织、细胞培养等方面。
纳米纤维材料还可以通过控制表面性质和形态来实现对细胞黏附、增殖和分化的调控,为组织工程和再生医学提供新的解决方案。
最后,纳米纤维材料在能源储存领域也展现出巨大潜力。
纳米纤维材料可以作为电极材料、电解质材料或者导电填料等,在超级电容器、锂离子电池、燃料电池等领域发挥重要作用。
由于其高比表面积和优异的电化学性能,纳米纤维材料被认为是下一代高性能能源材料的重要候选。
综上所述,纳米纤维材料具有广泛的应用前景和巨大的市场价值,是当前材料科学领域的研究热点之一。
随着纳米技术的不断发展和成熟,相信纳米纤维材料将会在更多领域展现出其独特的价值和潜力。
纳米科技在纺织行业中的高性能纤维制备方法纺织行业一直以来都处于不断发展和创新的状态。
随着科技的进步,纳米科技逐渐应用于纺织行业,为其带来了全新的发展机遇。
尤其是在高性能纤维制备方面,纳米科技的应用为纤维的性能和功能带来了显著的提升。
本文将介绍一些纳米科技在纺织行业中的高性能纤维制备方法,包括纳米涂层、纳米复合材料和纳米纤维制备等。
首先,纳米涂层是一种常见的高性能纤维制备方法。
通过将纳米材料直接涂覆在纤维表面,可以改变纤维的表面性能和功能。
例如,采用纳米涂层技术可以提高纤维的防水性能、抗UV性能和抗菌性能等。
具体制备方法包括溶胶-凝胶法、电镀法和喷射沉积法等。
这些方法能够使纳米材料紧密附着在纤维表面,并能够在一定程度上保持纳米材料的原有性能。
通过纳米涂层技术,我们可以使普通纤维具备更多的功能,为纺织品的应用提供更多可能性。
其次,纳米复合材料是另一种常见的高性能纤维制备方法。
通过将纳米材料与纤维基质相混合形成复合材料,可以显著改善纤维的力学性能、热学性能和电学性能等。
纳米复合材料的制备方法主要包括溶液浸渍法、熔融喷射法和熔融纺丝法等。
这些方法能够使纳米材料分散均匀地嵌入到纤维基质中,从而形成具有优越性能的纤维。
借助纳米复合材料技术,我们可以制备出强度更高、导电性更好、导热性更强的高性能纤维,满足现代纺织品对于功能性和性能的高要求。
此外,纳米纤维制备是纳米科技在纺织行业中的另一大突破。
纳米纤维是一种具有纳米级直径的纤维,具有较大的比表面积和更好的力学性能。
纳米纤维的制备方法主要包括电纺法、模板法和液相纺丝法等。
其中,电纺法是最为常用和有效的制备方法之一。
通过应用高电压和电场,可使溶液中的聚合物形成纳米级的纤维。
纳米纤维可应用于过滤材料、细菌感知材料和组织工程等领域。
在纺织行业中,纳米纤维的应用为纺织品的透气性、防风性和保暖性提供了新的解决方案。
纳米科技在纺织行业中的高性能纤维制备方法为纺织品的性能和功能带来了新的提升。
同轴静电纺丝法同轴静电纺丝法是近年来发展起来的一种制备纳米纤维的新技术,其最大特点是可以快速高效地制备出具有高比表面积和高孔隙度的纳米纤维群。
该技术通常采用电场辅助加工的方式,所以可以制备出具有较高的纤维密度和较低的直径的纳米纤维。
在此,我们将从以下几个方面来介绍同轴静电纺丝法制备纳米纤维的具体方法、制备条件、应用等。
一、同轴静电纺丝法的具体方法同轴静电纺丝法按照材料来源和电场加工方式不同,可以分为两类:一类是从单个液体中制备纳米纤维;另一类是从两个或多个不同液体界面处制备纳米纤维。
1、从单液体中制备纳米纤维的方法同轴静电纺丝法从单液体中制备纳米纤维的过程中,需要通过某些方式来使材料在电场中产生电荷,当通过高压电源作用于纤维液时,高电场强度作用下,液滴表面出现电荷积聚,表面电荷的积聚导致了电荷密度差异,在其表面上产生了高的表面张力,产生与蒸汽交换向上的表面张力和空气阻力作用,从而纤维呈現型貌形成。
此时,电场可以引导液滴朝向千秒的细丝形状,这个细丝在气体中不断地拉伸,最终形成直径为纳米级的纳米纤维 L。
此时,需要另一种能量机制:相变热传导,在纤维降温的同时增加相界面的面积,使体积上的溶解度降低,从而金额平衡的关系,使纳米纤维迅速化学降解或结晶,最终完成纳米纤维的制备。
2、从多液体界面中制备纳米纤维的方法在制备多液体界面的同轴静电纺丝方法中,需要选择高分子基底材料和溶液进行反应的界面区和相界面,先将多种不同组分的原始材料连接装入分别对应的液体储存器中,然后再将不同材料的溶液通过管道输送到同轴纺丝架的纳米动态插头区,在极端高电场作用下的电交换作用下,产生奇异性分离反应,从而制备出具有新型高分子化学结构、具有特定性能或功能的纳米纤维。
二、制备条件同轴静电纺丝法的制备条件主要是液滴的形状和大小(液滴体积、液滴浓度、液滴展宽等)、高电场强度、纤维加工特性,以及制备环境(温度、气氛等)。
其中,液滴的形状和大小非常重要,通常采用精密加工的同轴针排,用来实现具有高电荷密度的纤维液滴的连续制备。
纳米技术在合成纤维针织窗帘中的应用及优势分析概述合成纤维针织窗帘是目前市场上最常见的窗帘材料之一。
近年来,随着纳米技术的迅速发展,纳米材料开始在纺织行业中得到广泛应用。
本文将重点探讨纳米技术在合成纤维针织窗帘中的应用,并分析其带来的优势。
一、纳米技术在合成纤维针织窗帘中的应用1. 抗菌性能的提升纳米技术可以通过将纳米颗粒添加到合成纤维材料中,从而赋予窗帘抗菌能力。
纳米材料的小颗粒尺寸和大比表面积使其具有优异的抗菌效果。
这种纳米材料可以抑制细菌、真菌和其他微生物的生长和繁殖,有效预防窗帘表面的细菌滋生,提高窗帘的卫生性能。
2. 纳米光学性能的改善纳米技术可以通过在合成纤维材料中引入纳米颗粒,改善窗帘的光学性能。
例如,纳米颗粒可以调整窗帘的透光性和反射性能,使得窗帘可以有效控制室内光照强度和透射率,实现对室内环境的精确调节。
此外,纳米颗粒还可以用于制造特殊效果,如光学变色效应,为窗帘增加美观性和装饰性。
3. 纳米疏水性的应用纳米技术可以通过在纤维表面使用纳米颗粒改变窗帘的表面性质,使其具备疏水性。
这种疏水性可以使窗帘具有抗水性能,水滴在窗帘表面形成球状,从而减少了水珠滴落并附着在窗帘上的可能性。
疏水窗帘可有效防止水渍和污渍滋生,延长窗帘的使用寿命。
4. 纳米吸气性的应用纳米技术还可以通过在窗帘纤维中引入纳米颗粒,实现窗帘的吸气性能。
纳米颗粒可以吸附空气中的有害气体和异味,净化室内空气。
通过窗帘的吸气作用,可以有效改善室内空气质量,增强人们的舒适感。
二、纳米技术在合成纤维针织窗帘中的优势1. 卓越的功能性纳米技术赋予合成纤维针织窗帘卓越的功能性能。
窗帘通过纳米技术的应用,具备了抗菌性、疏水性、吸气性等功能,使其能够更好地满足人们对窗帘的需求。
纳米技术使窗帘不仅仅是装饰品,同时具备了环境净化、卫生保护等功能,提高了窗帘的整体价值。
2. 长期效果的持久性纳米技术应用于窗帘的优势之一是其持久性。
纳米材料在窗帘纤维中的应用不会因时间的推移而失效,因为纳米颗粒本身并不会消耗或磨损。
鉴别真伪艺术品的科学技术艺术品一直以来都是收藏家追逐的目标,具有真正价值的艺术品不仅可以丰富人们的生活,更可以成为投资的一种手段。
然而,艺术品市场上也存在大量的伪造品,这让人们越发追求一种科学技术来鉴别真伪艺术品,以避免遭受经济损失和收藏价值的贬值。
本文将介绍一些常用的科学技术来鉴别艺术品的真伪。
1. X射线摄影和断层扫描技术X射线摄影技术是最常见和广泛使用的一种科学技术来鉴别艺术品的真伪。
通过使用X射线,鉴定者可以看到隐藏在绘画或雕塑下面的图层和细节,辨别真伪。
例如,通过X射线摄影可以检测油画中可能的伪造痕迹,如涂鸦痕迹、先前绘画的痕迹或修改的部分等。
此外,还可以通过断层扫描技术对木雕和石雕进行评估,以发现可能的伪造或修复。
2. 红外线和紫外线光谱分析红外线和紫外线光谱分析是鉴别艺术品真伪的另一种常用科学技术。
这些光谱分析技术可以揭示艺术品的材料组成和古老程度。
例如,通过红外线摄影可以检测出绘画中可能的底稿和修复痕迹。
紫外线分析可以帮助鉴定油画是否进行过夹带颜色或人为的干预。
这些光谱分析技术为鉴别真伪艺术品提供了重要的科学依据。
3. 放射性同位素检测放射性同位素检测是一种鉴别古董和艺术品真伪的科学方法。
这种方法基于物质在不同时间内所含元素的自然衰变。
通过测定艺术品里的核素含量,可以分析出它们的年代。
这对于鉴定古代陶瓷和雕塑的真伪以及年代十分重要。
这项技术的特点是具有高精度、无损伤性和无主观性。
4. 木材年轮检测对于绘画的鉴定而言,木质画框或画板的年龄是非常重要的信息。
木材年轮检测是通过分析木材的纹理和年轮来确定其年龄。
这项科学技术可以帮助鉴别艺术品的真伪。
例如,如果一幅据称是古代作品的绘画使用了新鲜种植的木板,年轮检测可能会显示出这幅画作是伪造的。
5. 纳米纤维技术纳米纤维技术是一种全新的科学技术,可用于检测艺术品的真伪。
通过使用纳米纤维技术,在绘画或雕塑表面创建微小的纳米结构。
这些结构可以根据真实艺术品的作品特点来生成指纹,以保证艺术品的真实性。
1 纳米纤维技术介绍 1. 纳米纤维 纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料,纳米是一个长度单位,
其符号为nm,为1毫米的百万分之一(l nm=1×10-6 mm)。图1可以直观的比较人类头发(0.07-0.09 mm)与纳米纤维直径的差别。
图1 纳米纤维直径尺度示例 2 纳米纤维的应用与优势 纳米纤维在众多领域都有应用的优势,这些优势被近年来大量的学术论文报导,同时受到了产业界的重视,一些产品已经在市场上广泛的应用。这些领域包括:空气过滤、液体过滤、能源/电池隔膜、生物医学、药物缓释控释、健康和个人防护、环境保护、吸声材料、食物和包装等等。 纳米纤维作为过滤材料的优势:纳米纤维在空气过滤和液体过滤材料领域已有市场化的产品,其进入中国市场的方式均为原装进口。为确保技术壁垒相关企业虽在国内建立了全资子公司,但不设纳米纤维过滤材料生产线。相关产品有唐
纳森公司Torit® DCE®除尘器、燃汽轮机过滤器GDX™、汽车引擎过滤器PowerCore™,唐纳森公司宣称其产品具有无可替代的性能。另有美国贺氏(H&V)公司FA6900NW、FA6901NW、FA6900NWFR系列空气过滤滤料,以及H&V公司一些型号不明的滤料也2
有使用纳米材料。 纳米纤维非织造材料对亚微米颗粒的过滤效率是常规的微米纤维非织造材料(无纺布)所无法比拟的。这一特性决定了纳米纤维在空气中颗粒污染物的分离(电子工业、无菌室、室内环境净化、新风系统、工业高效除尘等)和液体中颗粒污染物的分离(燃油滤清器、水处理等)相关领域具有广阔的应用前景。 (1)纳米纤维直径小——孔隙尺寸小、过滤效率高 过滤材料通常为纤维平面非织造材料(纤维无纺布),随着纤维直径的减小,单位面积内的纤维根数显著增加,纤维未搭接处形成的孔隙尺寸显著减小,过滤效率明显提升(如图2所示)。对于常规过滤材料很难拦截的PM 2.5污染物有很高的拦截效率。
图2 纤维直径与孔隙尺寸和过滤效率之间的关系 (2)纳米纤维比表面积大——对细微颗粒的吸附能力强 纤维直径减小,纤维比表面积增大。相同的聚合物形成纤维后,比表面积(s)与纤维直径(d)的关系式为:ds1∝,其关系服从图3中的曲线。可知,纤维直径从10 μm减小到100 nm(0.1 μm)时,纤维的比表面积增加至原来的1000倍。 比表面积的增大,增加了颗粒与纤维接触而被吸附的几率,特别是对常规过滤材料无法过滤的100-500 nm的微细颗粒的捕捉与分离,纳米纤维滤料是常规滤料无法比拟的,可以捕获PM2.5污染物中粒径最细小的颗粒。 3
图3纤维比表面积与直径的关系 (3)纳米纤维孔隙率高——透气性好
纳米纤维无纺布孔隙率高达70-90 %,而常规微米纤维无纺布孔隙率在40 %左右。 (4)纳米纤维过滤机理为“面过滤”——易清灰、清灰后过滤性能回复率高、使用寿命长 常规滤料是“体过滤”(如图4所示),起初过滤效率很低,灰尘先进入滤料的内部,堵塞部分孔隙,过滤效率才有所提升。但是,这种方式有如下弊端:①增大了过滤阻力,运行能耗高;②在清灰过程不太可能被清除,降低滤料使用寿命;③污染物容易在风压的作用下,脱落到清洁区,影响过滤效果。 纳米纤维滤料是“面过滤”(如图5所示),颗粒污染物被截留在滤料表面,这些表层积灰尘很容易清除。
图4 微米纤维的“体过滤”原理示意图 4
图5 纳米纤维表面过滤原理示意图 (5)纳米纤维滤料具有更长的使用寿命和更低的能耗——节约运行成本 表1给出了使用唐纳森公司Ultra-web®滤芯工业除尘器每年节约能耗数据,描述了使用该设备有50 %的能耗折扣:“更高过滤效率=更洁净空气;更低压降=更显著降低能耗=降低能耗成本;更低的清灰频率=更高的使用寿命”唐纳森这款纳米纤维滤料的寿命是普通过滤材料的4倍。同样,在车用空气滤清器中,没有反吹清灰设计,空气阻力升高到一定值应更换滤清器,纳米纤维滤料阻力升高水平明显低于普通滤料,寿命可达普通滤料的2倍。
表1 唐纳森使用Ultra-Web®滤芯工业除尘器节约能耗(数据来自唐纳森网站) 滤筒数量 处理风量(m3/h) 运行压降(Pa) 电机功率 制动功率 年耗电量(kWh) 年耗电成本(元) 纳米滤筒节约(元) 传统滤料 24 30,600 1000 Pa 37 kW 31.4 kW 51,400 45,746 —
纳米滤料 24 30,600 500 Pa 30 kW 26.2 kW 25,700 22,873 22,873
3. 本项目的纳米纤维滤料产品与国外高端品牌产品的对比 本项目的纳米纤维滤料是高性能复合滤料的一种,可以简单地表述为在普通滤料(基材)上制造一层纳米纤维功能层,形成具有高过滤效率的纳米纤维复合滤料。 材料高性能的核心在于纳米纤维的形貌——(1)基材表层是否被纳米纤维功能层铺满?(2)表层功能纳米纤维层的纤维直径是否足够小?是多少纳米?——这些要借助电子显微镜观察。 5
3.1 本项目中试产品与国外高端品牌产品的纳米纤维形貌比较 用扫描电子显微镜(SEM)研究了国内市场上最高端的进口滤料(A)贺氏(H&V)普通滤料、(B)H&V纳米滤料H&V Nanoweb®、(C)唐纳森纳米滤料Ultra-web®、(D)本项目中试的纳米滤料样品的纤维形貌。 (A)为H&V普通滤纸,纤维直径在10-20 μm,过滤效率等级较低;(B)为H&V Nanoweb®纳米滤纸,其利用某种工艺在滤纸的表面复合了一层0.5-1.5 μm的亚微米纤维,有MERV 13和MERV 15两个过滤效率等级的产品;(C)为唐纳森的Ultra-web®滤纸,滤纸表面复合的纳米纤维直径为100 nm有MERV13、MERV14、MERV15三个过滤效率等级的产品。(D)为本项目中试的纳米滤料产品,纳米纤维直径80-100 nm过滤效率等级为MERV13、MERV15。 可见,本项目中试生产的纳米纤维直径与本领域国际巨头唐纳森公司的Ultra-web®相当,且比H&V的纳米纤维Nanoweb®直径小,从过滤效率的角度势必优于H&V的纳米纤维产品(这在表2.2中有充分的说明),而与唐纳森的滤料过滤效率相当(唐纳森不单独销售滤料,因此我们无法获得样品来测试效率)。 3.2 本项目中试产品与国外高端品牌产品的性能测试结果比较 表2中列举了本项目中试阶段定型的2款纳米纤维滤纸性能数据,并对比了未复合纳米纤维前的普通滤料,以及H&V的纳米滤纸Nanoweb®的性能。 可以看出,在同样的测试环境下,本项目制备的纳米滤料效率高于H&V Nanoweb®,远高于普通滤料的17.55%,这些过滤效率的优势均源于本项目将纤维直径缩小到90 nm,这与唐纳森公司的Ultra-web®的100 nm有同样的水平,参考图6。过滤性能分级也与唐纳森公司的Ultra-web®处于同样的水平,且初阻力相似。 4. 纳米纤维的工业化大规模制造 纳米纤维制备的有效方法是静电纺丝技术,它起源于1902年Cooler等人的发明,经过百余年的发展,其物理本质和形成过程已经被多个学科的研究成果所揭示和证明。随着纳米科技的兴起,特别是20世纪90年代和21世纪初,静电纺丝技术获得了飞速的发展,学术论文呈几何级数增长。 4.1 纳米纤维制造原理与过程 如图7所示,静电纺丝基本装置主要包括高压电源、喷丝头和接收装置三个6
部分。具体工作过程为: (1)在高压电源的作用下,针尖与接收装置之间形成高压静电场; (2)聚合物溶液通过注射器一滴一滴地从针尖送入静电场; (3)溶液在电场力作用下,形成“泰勒锥”,随着电场力的增加,克服表面张力,形成射流,聚合物分子链簇被电场力不断牵伸并从溶液中析出,形成纳米纤维,沉积在接收装置上。
图7 针头静电纺丝装置示意图 4.2 国内静电纺丝设备及问题
图8 国内针头法静电纺丝设备 针头法静电纺丝原理简单,易于实现。图8给出了2台国内企业制造的电纺丝设备图片,这些设备包含:可平移的针头、连续注液系统等。为了提高制造效率,很多设备中采用了多针头系统。 生产类似设备的企业包括:北京富友马科技有限公司、深圳市通力微纳科7
技有限公司、济南米莱仪器有限公司、大连鼎通科技发展有限公司、济南良睿科技有限公司…… 但是,由于纺丝溶液需要通过注射器一滴一滴地供入电场,采用针头法静电纺丝的这些设备生产效率是十分低下的,基本不具备工业化生产潜力。 4.3 本项目纳米纤维工业化生产线 本项目结合多年对纳米材料物理、化学的研究和静电纺丝原理、工艺参数的研究,开发了幅宽1 m的静电纺丝中试生产线,彻底打破了国外封锁,生产设备专利已获授权,生产方法的发明专利处于公开期。完全解决了国内所用的针头法(单针头、多针头、多针头阵列)静电纺丝技术在工业化制备纳米纤维中的①产率低、②针头易堵塞、③各针头之间电场分布不均带来的产品质量不稳定的问题。 (1)生产线及生产过程 图9示例性地给出了本项目的生产过程,在纺丝设备一端通过退绕机构将基材送入纺丝设备;在静电纺丝区,纳米纤维被制备并沉积到基材上;通过设备另一端的卷绕机构将产品收卷。
图9 生产过程示意图 (2)生产效率 通过调节基材在纺丝区域停留时间,可以控制单位面积纳米纤维的沉积量,形成不同规格的产品。纳米纤维层越厚,产品过滤效率越高,相应地初阻力也会一定程度提高;纤维越细,对更微小的粒子有更高的过滤效率。 用本项目1.6m幅宽生产线生产MERV 13等级的滤料产品生产效率约1000 m2/h,按年产5000小时计算,年产500万m2,(按照克重135 g/m2和年产量约675吨)。生产更高等级产品生产效率虽然有所降低,但仍然是目前最高效的生产线,