静电纺丝制备纳米纤维材料及应用研究进展

纳米纤维具有直径可控、结构可控、高比表面积以及易于进行表面修饰的特点而受到广泛的关注。静电纺丝作为一种制备纳米纤维的技术,具有高效,可控等优点,在众多制备纳米纤维的方法中脱颖而出。纳米纤维具有结构多样性、组成多样性、功能多样性等特点,逐渐引起人们的关注。本文介绍了基于电流体动力学的静电纺丝原理,简要讨论了制备多种组成不同、结构不同、排列顺序不同的纳米纤维的工艺。最后,重点探究了纳米纤维作为载体的多种应用并进行展望。     

熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术

纳米纤维在生物医疗、高效过滤及生化防护等领域有着广泛的应用前景。静电纺丝被学术界及工业界认为是最具产业化制备纳米纤维的前景技术之一,其中熔体静电纺丝无需使用溶剂,相比溶液静电纺丝,避免了有毒溶剂残留、回收及处理等问题,是聚合物纳米纤维绿色制造的发展方向。然而,受到装备复杂、工艺滞后的影响,熔体静电纺丝始终未能突破纤维细化难、制备效率低的瓶颈。为此,团队创新提出了熔体微分静电纺丝新方法,经过十余年探索,围绕其工艺、装备、材料及应用等进行了系统的研究,率先实现了500 nm范围内熔体电纺纳米纤维的工业化制备,并建立了世界上第一套熔体微分静电纺丝纳米纤维工业化生产线。本文将从熔体微分静电纺丝的机理、关键技术、纳米纤维批量绿色制造及应用三个方面介绍熔体微分静电纺丝的研究成果及最新进展。     

高性能聚合物电纺纳米纤维最新进展

近20年来,静电纺丝技术得到了快速发展和应用; 不同材料的电纺纳米纤维(包括聚合物基、金属基、陶瓷基、碳基及其复合材料等)已在能源、环境、生物医学和国防军工等领域得到了泛应用.通常,静电纺丝技术需将聚合物或聚合物前驱体原料溶解于溶剂中或者加热熔融进行电纺加工.然而,芳杂环高性能聚合物(如聚酰亚胺、芳香聚酰胺、聚苯等)由于其主链上的刚性环状结构,既难溶解于普通有机溶剂,也难加热熔融,没有流动性,故难以通过静电纺技术制备其纳米纤维.为了解决这个难题,研究人员努力探索了许多间接方法和途径来制备电纺高性能聚合物纳米纤维,并取得了突破性进展.如通过电纺前驱体法大规模地制备聚酰亚胺纳米纤维、利用热致重排进行分子转化制备了电纺聚苯并二噁唑纳米纤维、利用模板电纺法制备了聚苯基和聚吡咙基纳米纤维等.该文详细介绍了通过静电纺丝技术制备高性能聚合物纳米纤维的最新进展,具体包括聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯撑苯并二噁唑、芳香聚酰胺、聚苯、聚吡咙等芳杂环聚合物纳米纤维.此外,由于聚丙烯腈是制备碳纤维的重要前驱体,也对电纺聚丙烯腈纳米纤维的制备做了简要介绍.     

静电纺丝法制备组织工程纳/微米纤维支架

静电纺丝是一种简便易行的新型组织工程多孔支架制备方法,电纺支架具有独特的微观结构和适当的力学性能.由于具有与天然细胞外基质相近的纳米级结构,电纺支架能够仿生细胞外基质的结构特点,使之有望成为理想的组织工程支架.文中介绍了静电纺丝和同轴静电纺丝的基本原理和发展过程、电纺支架的加工方法和结构特点以及电纺纤维的定向收集技术,阐述了各种天然和合成聚合物纳/微米电纺支架在软骨、骨、血管、心脏、神经等组织工程领域的应用,并展望其应用前景.     

均匀设计法优化PVC静电纺丝工艺参数

静电纺丝过程工艺参数对产品结构性能有很大影响,如何可控制备理想的纳米纤维材料成为电纺研究的重点。本文通过单因素实验考察静电纺丝重要工艺参数对PVC纳米纤维膜成纤性状的影响,并以此为依据确定因素水平范围,然后采用均匀设计法进行了多因素多水平的实验设计。实验结果表明:均匀设计法可采用较少的实验数据回归分析得到PVC静电纺丝最佳工艺参数(纺丝液浓度13%、流速1.2 m L/h、混合溶剂质量比DMF/THF=3/2、针头内径0.60 mm、静电纺电压20 k V和纺距25 cm),回归模型能有效预测纤维平均直径和串珠数,得到与实验值接近的结果。此方法为可控、有效制备复杂的聚氯乙烯纳米纤维材料奠定了基础。     

电纺直写单根纳米纤维喷射电流的特性

为进一步加深对带电溶液喷射规律的理解,提高单根纳米纤维直写技术控制水平,开发了带微弱电流检测模块的电纺直写实验平台,对单根纳米纤维直写过程的喷射电流进行实时检测;并结合正交试验法,分析了静电纺丝溶液聚合物质量分数、喷头至收集板距离和施加电压3个主要可控工艺参数对喷射电流的影响规律.基于近场静电纺丝电纺直写过程,平均喷射电流10~600 nA;喷射电流变化可分为起始喷射、稳定喷射和停止喷射3个阶段;起始喷射阶段喷射电流的峰值是稳定喷射阶段最大喷射电流的2~3倍;喷射电流随施加电压的增加而变大,随静电纺丝溶液聚合物质量分数和喷头至收集板距离的增加而减小;其中施加电压对喷射电流的影响最大,而静电纺丝溶液聚合物质量分数对喷射电流影响最小.     

静电纺丝法制备图案化微纳米纤维薄膜

使用几种网孔结构的导电模板和绝缘模板作为静电纺丝收集装置,制备了图案化的微纳米纤维薄膜,并对其微观形貌进行了表征,对图案化形成机理进行了分析。结果表明,电纺纤维总是趋于沿电场线的方向运动,当导电网孔模板作为收集装置时,电纺纤维向导电格子聚集形成图案化纤维薄膜;当绝缘网孔模板作为收集装置时,电纺纤维避开绝缘模板格子,向模板孔洞聚集形成图案化薄膜。     

静电纺丝纳米纤维的制备与应用

静电纺丝技术是一种简单有效、廉价、无污染的制备纳米纤维的新方法,近年来在制备纳米纤维领域得到了广泛应用.通过静电纺丝法制备的纳米纤维具有长径比大、孔隙率高、比表面积大等优点,在过滤材料、生物医学、传感器、电子器件等领域都有着良好的应用前景.本文综述了静电纺丝制备纳米纤维的基本原理和最新发展,阐述了近几年来国内外静电纺丝纤维在过滤材料、生物医学、传感器、电子器件及其他一些特殊领域中的研究现状,并展望了静电纺丝纳米纤维的发展趋势和研究方向.     

利用装载内皮细胞生长因子的丝素纳米球制备具有生物活性的电纺支架材料

蚕丝纤维作为一种天然材料,是最早被利用的生物材料之一,其中含有的丝素蛋白使其具有优良的力学性能,组织相容性及可降解性,在生物医学领域得到广泛关注.将丝素蛋白从蚕丝中提取出来,制成纳米球,使其负载内皮细胞生长因子(VEGF)并混入聚己内酯(PCL)纺丝液中,通过静电纺丝技术制备得到纤维内含有丝素纳米球的PCL电纺膜.体外释放表明丝素纳米球及含丝素纳米球的电纺纤维膜都有很好的缓释效果;生物体内评价结果表明负载有VEGF的丝素纳米球混合的PCL电纺支架促进了体内的细胞浸润和周围血管化.     

电纺丝技术构建纳米结构材料

电纺丝技术是一种简单可行的制备一维纳米材料的方法.近年来.利用此技术已经制备了大量的有机聚合物、无机氧化物和陶瓷纳米纤维膜及各种纳米复合纤维膜.通过改进电纺设备和控制电纺参数,可以实现对纤维的二级结构调控.电纺纤维膜在催化剂载体、过滤和吸附、生物和医药、电子与光学器件、传感器等方面有着极大的应用潜力.     

苯丙乳液制备及其电纺微纳米纤维结构的研究

通过乳液聚合的方法制备了水相苯丙乳液(PSBA),并将其应用于静电纺丝制备出微纳米纤维结构。采用红外光谱、差示扫描量热仪(DSC)和动态光散射仪分析并表征了聚合物的化学组成、热稳定性,并得到了均一稳定的苯丙乳液。通过扫描电镜(SEM)研究了纺丝电压及纺丝液中苯丙乳液与聚乙烯醇(PVA)质量比对苯丙乳液电纺微纳米纤维结构的影响,结果表明,改变纺丝液PSBA、PVA质量比能够得到可控性的纤维结构;纺丝电压对纤维中串珠状结构形成有一定影响,且电压越高,纤维直径越小。     

苯丙乳液制备及其电纺微纳米纤维结构的研究

通过乳液聚合的方法制备了水相苯丙乳液(PSBA)，并将其应用于静电纺丝制备出微纳米纤维结构。采用红外光谱、差示扫描量热仪（DSC）和动态光散射仪分析并表征了聚合物的化学组成、热稳定性，并得到了均一稳定的苯丙乳液。通过扫描电镜（SEM）研究了纺丝电压及纺丝液中苯丙乳液与聚乙烯醇（PVA）质量比对苯丙乳液电纺微纳米纤维结构的影响，结果表明，改变纺丝液PSBA、PVA质量比能够得到可控性的纤维结构；纺丝电压对纤维中串珠状结构形成有一定影响，且电压越高，纤维直径越小。     

稀土氧化物微纳米纤维的静电纺丝制备及其应用

简述了静电纺丝的装置和基本原理,重点介绍了静电纺丝法制备稀土氧化物微纳米纤维的工艺条件、影响纤维性能的主要因素以及近年来国内外的应用进展,并对稀土氧化物微纳米纤维的未来研究发展进行了展望.     

电纺纤维器件研究进展

电纺纤维具有长径比大、柔韧性强、均一性高、纤维形貌可控、制造成本低和效率高等优势,在柔性纤维电子器件领域占有重要地位.本文首先介绍了电纺工艺的最新发展,包括阵列化及特殊喷嘴结构设计以提高电纺效率或制备特殊结构,溶液及工艺参数调控以沉积不同形貌纤维,纤维的组装与定位历程以实现微纳纤维的可控直写等,其次综述了基于电纺技术的纤维器件的最新研究进展,包括柔性传感器、超级电容、锂离子电池、染料敏化太阳能电池、场效应晶体管和有机发光二极管等,最后对该领域所面临挑战及未来发展方向进行了展望.     

PA6/PVA复合纳米纤维的制备及性能研究

采用静电纺丝法制备了PA6/PVA复合纳米纤维.分析了不同质量比的PA6/PVA共混纺丝溶液的粘度、电导率、表面张力,并探讨其静电纺丝效果.采用扫描电镜、红外光谱、表面张力仪等对纳米纤维膜的形貌结构、成分相容性及亲水性能进行表征.结果表明,在纺丝电压为19kV、纺丝距离为20cm、丝液流量为0.2mL/h的条件下,共混溶液质量比为12%∶4%时的静电纺丝所得纤维具有良好的形貌,复合纳米纤维中PA6与PVA具有良好的相容性,并有效地克服了纯纺PVA纳米纤维在水溶液中出现的过度溶胀问题.     

静电纺丝法制备聚己内酯/石墨烯复合材料纳米纤维

利用静电纺丝方法制备了聚己内酯(PCL)/石墨烯复合纳米纤维,对电纺纳米纤维的表面微观形貌、热性能和力学性能等进行了表征,并研究了石墨烯的加入量、PCL浓度、电纺电压、接收距离等参数对复合纤维性能的影响.研究结果表明:当加入石墨烯质量分数为0.27%时,得到的电纺纳米纤维的力学性能提高最大,拉伸强度增加48.6%,杨氏模量增加66.0%;当PCL质量分数为11%,电纺电压为28kV,接收距离为35cm,电纺液流速为6mL/h时,电纺过程稳定,可以得到直径均匀的纳米纤维.     

静电纺载纳米银粒子纳米复合纤维的制备及其结构与性能

利用静电电纺丝法制备了Ag/PAN复合的纳米纤维,通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EXD)分别分析载纳米银粒子的形貌和成分,研究了载纳米银粒子纳米纤维的银粒子释放率及抗菌性能.结果表明,利用静电电纺丝法制备的载纳米银粒子的纳米纤维具有较好的形貌,呈现出缓慢持久的纳米银粒子释放率,具有良好的生物抗菌性能.     

溶液性质交互作用对静电纺纳米纤维形态的影响

研究静电纺丝的溶液性质,探讨溶液黏度、表面张力和电导率3种溶液性质间的交互作用及其对静电纺纳米纤维形貌及直径的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)对制备的纳米纤维的表观形态和直径进行表征,采用SPSS分析软件对聚合物溶液多种性质的交互作用进行分析,并得出纳米纤维直径的预测公式。通过调整溶液性质,可实现对静电纺纤维形貌及直径的调控,这对于纳米纤维可纺性的研究以及结构调控具有重要意义。     

抗菌型苯丙氨酸基聚酯脲静电纺复合纳米纤维敷料的制备及性能

采用静电纺丝技术分别制备聚己内酯(PCL)、苯丙氨酸基聚酯脲(PBP)/PCL和PBP/PCL/姜黄素(Cur)纳米纤维膜,通过对比分析PCL、PBP/PCL和PBP/PCL/Cur 3种静电纺纳米纤维膜,探究了PBP/PCL/Cur静电纺纳米纤维膜形貌、纤维直径、力学性能、姜黄素释放行为、抗菌性能、细胞毒性.研究表明...     

静电纺丝及其在纳米复合材料制备中的应用研究

本文介绍了静电纺丝的发展史、原理、设备及其在复合材料制备中的应用.借助于静电力的纺丝过程被称为静电纺丝.静电纺丝可以制备直径在微米以下甚至纳米级的纤维.近年来,随着纳米技术的兴起,静电纺丝受到研究者们的广泛重视.静电纺丝制备的纳米纤维可直接用于制备纳米复合材料,也可经高温处理后成为纳米碳纤维,后者在复合材料中也有很大的潜在用途.