靜電紡絲技術的應用研究

代琳欣

摘 要：近年來，納米材料的研究成為一個熱點問題，國內外針對靜電紡絲技術開展了深入的研究，與傳統的分離與拉伸方式相比，靜電紡絲開始成為現階段制備納米纖維的重要方式。本文主要針對靜電紡絲技術的應用進行分析。

關鍵詞：靜電紡絲技術；應用；納米材料

近年來，我國的材料研究發展迅速，納米材料的迅速發展加促了靜電紡絲的開發和應用。靜電紡絲又稱為電紡，它和傳統的拉伸、相分離方法相較而言，在納米纖維的提取上具有更為明顯的有效性。本文主要針對電紡技術及其發展歷史進行了闡述，對靜電紡絲機和靜電紡絲技術的進展及其應用進行了分析，最后指出了其發展方向。

1 靜電紡絲技術

1.1 靜電紡絲的基本原理

靜電紡絲的形成過程為，在聚合物溶液上加以足夠大的高壓靜電，使聚合物滴液在與材料表面接觸的時候能夠產生噴射細流。這些細流經過拉伸細化，與此同時經過彎曲、固化過程，沉積在物體表面形成納米纖維膜。

1.2 靜電紡絲的影響因素

影響靜電紡絲的因素有多種，總結來說主要有三個方面：一方面從紡絲液的性質來看，靜電紡絲的形成跟聚合物的分子量、紡絲液粘度和濃度、紡絲液的電導率以及彈性有關；從紡絲工藝參數來看，主要跟施加的電壓大小和針頭到收集板的距離以及紡絲液流量有關；從環境參數來看，靜電紡絲加工環境的溫度、濕度和空氣流動速度都有關系。

1.3 靜電紡絲的優缺點

靜電紡絲法操作流程簡單、可操作性較強，但是它具有以下缺點：靜電紡絲要想取得相互分開的納米纖維的長、短絲不是很容易。另外靜電紡絲機的產量較低，生產出來的納米纖維強度也較難達到用戶滿意。

2 靜電紡絲機的應用

1）一種靜電紡絲機是采用噴絲頭與收集板垂直排布方式。此類紡絲機的結構主要是立式，它是靜電紡絲里面最基礎研究內容。

2）另一種靜電紡絲機采用噴絲頭與收集板水平排布方式。此類紡絲機的機構主要是臥式，它的主件與噴絲頭與收集板垂直排布的靜電紡絲機大體相同，不同之處就在于其方向上。

3）取向排列納米纖維靜電紡絲機。此類紡絲機通過高速旋轉的裝置收集取向排列的納米纖維。

4）高產量靜電紡絲機。此類紡絲機又叫作轉子紡絲機，它是一種使用多噴頭收集靜電紡絲的設備，收集效果大大提高。

3 靜電紡絲射流穩態和非穩態的研究

在靜電紡絲提取的過程中，靜電場對射流產生作用，使之成為一個不穩定的過程，這就使得我們得到的靜電紡絲纖維足夠纖細，從這一角度來看，這種不穩定性是一個有利因素。但是從另一個角度來說，射流的不穩定性增加了靜電紡絲工藝的難度。所以對于射流不穩定性的研究有助于人們深刻理解靜電紡絲的原理，對于改進其加工工藝有著重要的意義。

3.1 射流的穩定部分

Spivak對于射流半徑和軸向位置進行了深入的研究，并且建立起兩者之間的微分方程。Qin分析了在紡絲液中加入鹽以后，對射流穩定性有何影響，他得出結論：當鹽濃度變大的時候，并變短紡絲液射流的穩定長度，加強不穩定性。

3.2 射流的不穩定部分

靜電紡絲中會有三種不穩定的狀態，一是粘性的不穩定狀態，二是曲張的不穩定狀態，三是彎曲的不穩定狀態。

4 靜電紡絲技術的新進展

靜電紡絲屬于多學科交叉的技術，目前它跟眾多的方法相結合來制造功能性的納米纖維，就呈現出更為明顯的學科交叉特點。

4.1 靜電紡絲和凝膠溶膠

利用凝膠溶膠和靜電紡絲技術能夠有效獲得一種叫做乙烯醇納米纖維。把它經過高溫處理使其形態和結晶得到改變之后，會形成氧化鎂納米纖維。靜電紡絲制得的凝膠納米纖維和飽和戊二醛在常溫下就可以產生交聯而得到抗水性和熱機械性能，能夠有效滿足生物上的應用。

4.2 靜電紡絲和炭化

對于使用靜電紡絲法制得的聚丙烯腈納米纖維，把它預氧化和炭化以后就能夠得到碳納米纖維。此種方法也存在著一定的不足之處，就是在預氧化和炭化過程當中很難對它施加均勻的張力。由于納米本身的取向低、強度低，這就導致炭化以后的炭纖維同樣也取向低、強度低。

5 靜電紡納米纖維膜的應用

靜電纖維膜的應用范圍比較廣泛，可應用于生物醫藥材料，作為組織工程的支架和修復材料等。也可用于過濾材料和吸附材料，或者可以用于負荷增強材料，靜電紡絲具有較高的比表面積，可以有效提高層壓復和材料的層間剪切強度。在傳感器的應用上，有效提高了其靈敏性。

6 結論

靜電紡絲的不穩定性對納米的影響較大，對它進行深入研究后可以有效控制納米材料的質量。目前還缺乏產量高的靜電紡絲機，納米技術的發展將此類材料從實驗室推向到市場，突破原來的單體聚合，加入功能型集團或者顆粒，開發新型的靜電紡納米纖維是市場發展的客觀需求，所以靜電紡絲技術擁有非常廣闊的發展前景。

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