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.     

电纺聚-L-乳酸/β-磷酸三钙复合物纳米纤维膜

利用静电纺丝法制备了生物可吸收聚-L-乳酸(PLLA)/β-磷酸三钙(β-TCP)复合物纳米纤维膜.采用扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段研究了复合物纳米纤维膜的结构和形态,详细探讨电纺工艺条件对制备PLLA/β-TCP复合物纳米纤维的形态影响.通过拉伸力学测试、噻唑蓝比色法(MTT)对复合物纳米纤维膜的力学性能和体外细胞相容性作了进一步研究.结果表明,PLLA/β-TCP复合物纳米纤维的几何结构与电纺条件有关,随着聚合物溶液浓度增加、溶液流速增大,纤维直径有不同程度的增大;复合物纳米纤维膜的拉伸强度和杨氏模量随β-TCP的含量增加而下降;复合物纳米纤维膜对L-929细胞系无细胞毒性,显示良好的细胞相容性.     

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.     

高强度聚酰亚胺/Ag复合纳米纤维的制备与表征

采用电纺及热亚胺化技术制备了聚酰亚胺/Ag纳米纤维复合材料, 用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)对纤维表面形貌及结构进行了表征, 并研究其电学性能及力学性能. 结果显示, 随着Ag含量的增加, 复合纳米纤维膜的电导率逐渐提高. 当Ag的质量分数为35%时, 复合纳米纤维膜的导电率为2.8 μs/cm, 同时其拉伸强度高达240 MPa.     

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.     

丙烯酸接枝改性壳聚糖的纤维膜制备及其对Cu2+、Cd2+离子吸附研究

以过硫酸铵为引发剂,制备壳聚糖(CS)和丙烯酸(AA)的接枝共聚物(CS-g-PAA),采用静电纺丝技术将其制备成纤维膜,考察不同接枝率、电纺溶液浓度、直流电压对电纺纤维的影响,用红外光谱、扫描电镜对共聚物和纤维膜的结构进行表征,测试该纤维对Cu²⁺、Cd²⁺离子的吸附性能。实验结果表明,接枝率越高电纺纤维形貌越好,相对最佳电纺条件为溶液质量分数15%和电纺电压11 kV;CS-g-PAA电纺纤维膜对Cu²⁺、Cd²⁺的吸附量相比CS提高了25.39%和82.28%,相比CS-g-PAA其吸附速度更快,但其饱和吸附容量比较接近。     

静电纺丝法制备聚己内酯(PCL)纳米纤维膜的开放性实验设计

通过文献调研自设实验方案，对静电纺丝技术制备聚己内酯(PCL)纳米纤维膜的条件进行调试，并对获得较佳纤维形貌的PCL电纺膜的成骨性能进行研究。通过此开放实验设置，激发科研兴趣，为做毕业论文相关实验打下基础。     

用电纺法制备的BiFeO_3纳米纤维及其结构和形态研究

本实验以硝酸铋和硝酸铁为原料,由溶胶凝胶法制得纯相BiFeO3(BFO)溶胶,再利用电纺方法将溶胶成功制备成为纳米纤维.X射线衍射(XRD)结果表明样品为纯相BFO,结晶性能良好.SEM观察结果表明:电纺法制备BFO纳米纤维的最佳条件为溶胶-凝胶法制备的BFO前驱体溶液与等体积的0.6 g/mL PVP乙醇溶液混合后的溶液浓度,电压值采用25 kV.在最佳条件下电纺得到的纳米纤维连续、光滑、直径均匀,无珠状物和粘连现象出现,纤维直径退火前为1.1～1.3 um,退火后为333～434 nm.     

聚氨酯静电纺纳米纤维膜的吸声性能

为研究静电纺纳米纤维膜的吸声性能,以聚氨酯(PU)为原料制备静电纺纳米纤维膜,分析了纳米纤维膜基本参数及吸声性能,并与PU多孔膜和PU流延膜进行了对比.结果表明:在相同面密度和空腔条件下,孔径较小且分布均匀的PU纳米纤维膜的最大吸声系数略小于PU多孔膜,但显著大于PU流延膜;PU纳米纤维膜的共振频率和最大吸声系数的实际测试值与一般多孔膜共振材料的理论计算值相符,因此PU纳米纤维膜中纤维的振动等作用对其共振频率和最大吸声系数无影响或影响很小.另外,在PU纳米纤维膜后添加非织造材料能使其最大吸声系数显著提高,并使共振频率向低频方向移动.     

可降解聚合物抗菌纤维膜的原位制备及性能表征

以二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,以聚乳酸(PLA)为纺丝纤维基体,添加纳米氧化锌(Zn O)和表面活性剂吐温60,利用高压静电纺丝法,原位制备纳米Zn O/PLA复合纤维膜。所得纤维膜中,Zn O分散均匀,纤维平均直径约300 nm,且表面光滑。纺丝纤维的亲水性随着纳米Zn O的增加而大幅提高,断裂强度和延伸率随纳米Zn O含量的增加呈现先上升后下降的趋势。抗菌能力也呈现一定的Zn O含量依赖性。细胞毒性和细胞黏附实验表明,该抗菌纤维膜具有较好的细胞相容性。     

Disc-Electrospun PCL Nanofiber Formed Micro-patterned Structure Scaffold

Disc-electrospinning using a disc as spinneret and a rotary drum as collector is a novel technology to prepare nanofiber which has been applied in tissue engineering scaffolds. In this study, nanofibrous mats with mlcro-patterned structure were fabricated via disc-electrospinning. Poly （ε-eaprolactone） （PCL） was dissolved in trifluoroethanol （TFE） at various concentrations （ 2 %-7 % ） （w/v） for electrospinning and the applied voltage ranged from 40 to 70 kV. Scanning electron microscopy （SEM） was employed to observe the morphology of the nanofibrous scaffolds. SEM images illustrated that the nanofibers with beads formed micro-patterned structure such as triangles and other polygons. The average diameter of nanofibers presented various size with the concentration increased from 2% to 7%. The beads on the nanofibers constructed the vertexes of the polygons, while nanofibers bridged between adjacent vertexes. The concentration of solution and applied voltage may be two dominant factors to influence the topological structure of the nanofibrons scaffolds. Cells cultured on the micro-patterned scaffold spread along the edges of the polygons. The scaffold with patterned structure may have a promising application in tissue engineering.     

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.     

Efficient adsorption of As(V) on poly(acrylo-amidino ethylene amine) nanofiber membranes

Poly(acrylo-amidino ethylene amine) (PAEA) nanofiber membranes have been synthesized by combining the electrospinning technique and subsequent chemical modification. The membranes were used to remove As(V) from aqueous solution. The adsorption kinetics, equilibrium isotherms, and pH effect were investigated in batch experiments. The Langmuir isotherm and pseudo second-order kinetic models agree well with the experimental data. The PAEA nanofibers are effective for As(V) adsorption at pH 3. Experimental results showed that the maximum adsorption capacity of the PAEA nanofibers with As(V) is 76.92 mg g-1 , which is much higher than that of the PAEA microfibers (27.62 mg g-1 ). The adsorption rate of PAEA nanofibers is faster than that of PAEA microfibers due to its higher specific surface area. The PAEA nanofibers can be used as an effective adsorbent for the removal of As(V) in aqueous solution due to high adsorption capacity and short adsorption time to achieve equilibrium.     

静电纺丝方法制备CexZr1-xO2（x=0．5）纳米纤维

通过溶胶-凝胶过程,以聚乙烯醇和Zr（NO3）4和Ce（NO3）3形成的溶胶为前驱物,采用静电纺丝技术,并经焙烧等后处理过程,制备了CexZr1-xO2（x=0．5）复合氧化物纳米纤维,利用扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、拉曼光谱仪,对产物进行表征。结果表明,500℃焙烧后产物外形均一,直径在100nm以下,具有大的长径比,且颗粒分布均匀。     

光降解法制备聚苯胺纳米棒的研究

采用高聚物聚乙烯醇(PVA)存在下的现场聚合法制备了可溶性的聚苯胺(PANI),并利用高压静电纺丝手段获得了PANI-PVA/TiO2的微米纤维毯.使用电子扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱、红外光谱等手段对样品进行了表征.以TiO2为催化剂,研究了PANI-PVA/TiO2微米纤维毯在254 nm光照射下的催化降解过程,同时探讨并给出了可能的光催化降解PVA的反应机理.结果表明,经过64 h的紫外光照射,PANI-PVA/TiO2中的PVA已基本分解,最终获得了PANI的纳米棒.     

静电纺丝技术制备二氧化铈纳米纤维

采用静电纺丝技术制备了PVP／Ce（NO3）3复合微米纤维,研究了反应体系的最佳组成,获得了最佳制备条件。将PVP／Ce（NO3）3复合微米纤维在600℃焙烧10h,获得了晶态CeO2纳米纤维。XRD分析表明,PVP／Ce（NO3）3复合纤维为无定型,CeO2纳米纤维为立方晶系,空间群为OH^5-F^M3m。SEM分析表明,PVP／Ce（NO3）3复合微米纤维表面光滑,平均直径约为1．0～2．0μm;所制备的CeO2纳米纤维的平均直径为300nm,长度大于50μm。     

双极性双喷头静电纺丝装置的设计与应用

从低维纳米复合材料的制备技术和制备工艺入手,设计开发了双极性双喷头静电纺丝装置,解决了单极性喷头同性相斥不能获得交织的异质材料的问题,实现了带有不同极性的两种金属氧化物纺丝前驱液的交织复合,成功制备了金属氧化物SnO₂/In₂O₃复合纳米纤维。通过对SnO₂/In₂O₃复合纳米纤维的SEM表征发现,复合纤维中同时存在正四方相晶系的SnO₂和立方晶系结构的In₂O₃。利用双极性双喷头静电纺丝装置制备复合纳米纤维对复合材料制备技术的发展具有深远意义。     

Sb掺杂对电纺ZnO纳米纤维的结构与发光性质的影响

Sb掺杂ZnO纳米纤维材料在光电、气敏效应、P型导电等方面具有优异的性质。本文利用静电纺丝方法制备了不同Sb掺杂浓度的ZnO纳米纤维,研究了掺杂对纤维的形貌、结构以及发光性质的影响。发现随着掺杂浓度的提高,纤维的直径增加,晶粒尺寸变大。XRD和Raman的测量表明在掺杂浓度较高的情况下有杂相Zn,Sb2O12的存在。发光测试研究表明,随着掺杂浓度的提高,样品的发光呈现先增强后减弱的变化规律,并且样品发光伴随较强的激光热效应,对于未掺杂样品,由于其直径最小激光的热效应最为显著。