青岛大学科技成果——静电纺丝纳米纤维薄膜
静电纺丝制备纳米纤维膜的研究
静电纺丝制备纳米纤维膜的研究纳米材料是当前材料科学领域的热门研究课题之一。
纳米材料具有大比表面积、高比强度、优异的力学、光学和电学性能等特点，是制备先进功能材料的重要基础。
而纳米纤维作为一类纤细的纳米材料，其低维结构和高比表面积也使其在材料科学中具有潜在的重要应用前景。
因此，纳米纤维的制备方法备受关注。
目前，制备纳米纤维主要有机械法、电化学法、热喷涂法、化学气相沉积法等多种方法。
而静电纺丝法由于其制备过程简单、实验设备较为容易获得、可制备的材料种类广泛等优点，成为了目前制备纳米纤维膜的先进技术之一。
静电纺丝，即利用高电场作用下带电纤维形成纤维膜的技术。
其基本原理是，在电场作用下，射流中极微小的液滴与地电极之间落差跨度最大的部位会受到很强的电吸引力，集中向电极聚集而成为纤维膜，同时浓缩了液滴中的聚集物，聚集的物质可以是聚合物、无机物质等。
静电纺丝法具有许多优点。
一方面，其能够在室温下制备纳米材料，同时具有较高的制备效率、较低的制备成本和适用于多种物质。
另一方面，静电纺丝可快速制备出具有优异纳米结构的纤维膜，同时其纤维直径与纤维排布可调控性高，形成的材料表面光滑，大小均匀，可用于纳米技术中制备模板、载体、过滤器、生物材料等方面的应用。
近年来，静电纺丝制备纳米纤维材料的研究也得到了持续关注和深入探讨。
一方面，不断有新的纳米纤维材料被开发和研究。
例如，聚合物、金属氧化物、碳纳米管、金属及金属合金等都可以利用静电纺丝方法进行制备；另外，研究人员也对静电纺丝的工艺和性能进行了不断探讨。
例如，通过改变静电纺丝的操作参数（如电压、电场强度、喷嘴直径、液体沉积浓度等）可以调整制备出的纳米纤维的结构、形态和尺寸，从而对其性能进行优化。
同时，纳米纤维材料的实际应用也越来越广泛。
例如，在生物医学中，利用纳米纤维材料制备的载体、膜、支架等用于组织工程、组织修复和组织再生等领域；在环境保护中，利用纳米纤维材料制备的过滤器、分离膜等用于水处理、空气过滤等领域；在电子显示和光学中，利用纳米纤维材料制备的电极、防伪材料等用于制作光电器件、液晶显示器等领域。
静电纺丝法制备有序排列的纳米纤维最新进展
９ ３
经典 的静 电纺丝技 术简 单 、 行 ， 易 但是 制备 出 的纳米 纤维 常 常排列 无序 ， 给我们 的研 究 、 用带 来 了很 这 应
大 的困难 与不便 。
２ 收 集 有 序 排 列 的 纳 米 纤 维 ．
目前 ， 大部 分 纳 米 纤 维 以 无 纺 布 的 形 式 应 用 在 过 滤 ， 织 脚 手 架 ， 入 组 织 薄 膜 和 伤 口涂 剂 等 方 组 植 面［ ］ ２３ 。然而 ， 传统 的纺织 工业 中我们得 知 ， ８０ 从 只有 当我 们制 备 出 连续 的单 根 纳米 线 ， 且使 它 们 有序 排列 并 时 ， 们 的应用 才能 不受 限制 。可 是 ， 它 因为 从 喷 头 喷 出 的细 流 的 轨道 是 非 常 复 杂 的 三 维轨 道 而 不 是 直线 式
纳米纤 维 。
圈 １ 静 电 纺 丝 原 理 圈
经 典的静 电纺 丝设 备非 常简单 ： 只需 高压 电源 、 带孔 的纺 丝容 器 （ 通常是 注射 器 ） 喷 头 （ 常是 注射 器针 、 通 头 ） 收集 板 ， 加上 若干 导线 即可 。 、 再 。实验 时 ， 图 １安 装好设 备 ， 如 将待 纺 的复合物 溶 液 装入 纺 丝容 器 内 。 若我 们 以某 种 方式 给溶液 施加压 力 ， 在高 压 电场 的作 用下 ， 液从 喷头 喷 出 ， 溶 形成 细流 。由于带有 同种 电荷 ， 细流相 互排 斥 ， 发生劈 裂 。待溶 剂挥 发 ， 收集 板上 我 们 就 得 到 了微 纳米 纤 维口 删 。有 时为 了得 到 无 机 纳 在 米纤 维 ， 可将 无 机物混 入有 机溶 液 ， 纺丝 完成 后经 高温 将 有机 成 分 去 除 即可 。值 得 一 提 的是 ， 经典 纺 丝 制 备 出的 纳米纤 维 的微 观形 貌不 全是 实心结 构 ， 也可 以是珠 串结 构或 多 孔结 构 ， 与溶 液 的 浓度 、 这 纺丝 电场 等 因
静电纺丝纳米纤维膜分离富集重金属的研究进展
静电纺丝纳米纤维膜分离富集重金属的研究进展项艇;刘海清;李蕾【摘要】静电纺丝是制备纳米纤维的一种简单有效的技术,纳米纤维具有很高的比表面积,因此静电纺丝纳米纤维膜用于分离富集重金属具有很大的潜力.通过查阅文献,综述了利用静电纺丝技术制备纳米纤维膜,然后采用物理吸附或化学吸附的方法分离富集重金属,表面带有官能团(-COO-、-NH2、_SO32-、-SH、-S-)的纤维膜对重金属有很好的吸附性能.指出提高纳米纤维膜的制备产量和分析了解纳米纤维膜对重金属的选择性吸附原理,是纳米纤维膜分离富集重金属的研究方向.【期刊名称】《有色金属科学与工程》【年(卷),期】2012(003)002【总页数】4页(P28-31)【关键词】静电纺丝;纳米纤维膜;重金属;分离富集【作者】项艇;刘海清;李蕾【作者单位】江西理工大学冶金与化学工程学院,江西赣州341000;嘉兴学院生物与化学工程学院,浙江嘉兴314001;嘉兴学院生物与化学工程学院,浙江嘉兴314001;江西理工大学冶金与化学工程学院,江西赣州341000;嘉兴学院生物与化学工程学院,浙江嘉兴314001【正文语种】中文【中图分类】TF123.1;TQ342静电纺丝技术在19世纪末首次被Rayleigh[1]发现，然后在1914年，Zeleny[2]运用静电纺丝技术在静电雾化方面做了研究.到1934年，Formhals[3]设计了静电纺丝装置以及纺丝条件，并且申请了静电纺丝的专利.1964年，Taylor等[4]对静电纺丝做了更加深入的研究，提出Taylor锥理论学说.后来随着科学技术水平的提高，促进了静电纺丝的理论研究和应用研究.静电纺丝设备主要由4个方面组成（图1）：高压电源、注射器、推进装置和接地的接收装置.对注射器内的高分子溶液或熔体施加一定的电压，当电压大于溶液的表面张力和粘力，形成喷射纺丝流，向接收板运动，随着溶剂的挥发，在接收装置上形成纤维膜，这个过程就称为静电纺丝.得到的纳米纤维具有直径小、比表面积大的优点.在生物医学[5-7]、组织工程[8-9]、能源技术[10]、防护织物[11]、分析化学[12]和固相萃取[13]等领域具有很多潜在的应用价值，文中主要介绍静电纺丝纳米纤维膜在分离富集重金属方面的应用.静电纺丝纳米纤维膜对于环境水样中的重金属的分离富集，主要采用物理吸附和化学吸附原理进行.Keyur Desai等[14-15]用不同脱乙酰度、不同分子量的壳聚糖与PEO在一定比例下混合制备纳米纤维，对Cr（Ⅵ）进行吸附研究.发现壳聚糖与PEO质量比为90∶10时，吸附效果最好；在此配比条件下，发现在脱乙酰度为80%的条件下，该纳米纤维的吸附量最高.Yimin Sang等[16]采用不同过滤方法研究了聚氯乙烯（PVC）膜在水溶液中的金属吸附性，结果表明，用胶束增强过滤法对重金属的吸附比较理想，Cu2+和Pb2+吸附率分别可以达到73%和82%，而Cd2+更高，达到91%.化学吸附是吸附质分子（或离子）与吸附剂表面原子（或分子）发生电子的转移、交换或者共有，形成化学键的吸附.Chang等[17]分别用丝素以及羊毛角蛋白和丝素的混合物作为原料，通过静电纺丝制备薄膜，研究对Cu2+的吸附性能.在pH=7时，丝素膜吸附量只有1.65mg/g，而羊毛角蛋白和丝素混合薄膜达到了2.88mg/g.由于羊毛角蛋白的胱氨酸有部分氧化成-SO32-，再加上氨基酸的端基团-COO-，使得Cu2+和-SO32-、-COO-共同作用（图 2 a），提高了混合膜的吸附性能.Wu等[18]用静电纺丝制备出一种新颖的巯基化纳米PVA/SiO2纤维膜，也研究了对Cu2+的吸附性能（图2 b）.结果表明，最大吸附容量达到489.12mg/g，而且经过6次脱附、再吸附循环后，该复合膜的吸附率只从93.1%降到90.13%.Parvin等[19]用静电纺丝法制备聚丙烯腈（PAN）膜，然后在表面进行胺基化修饰，对Cu2+进行吸附，饱和吸附容量达到116.522mg/g.Pimolpun等[20]采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈（PAN）纤维膜，并且在膜表面进行胺基化修饰，研究了在不同pH、接触时间下，吸附Cu2+、Ag+、Fe2+和Pb2+的能力（图2 c），以及不同盐酸浓度对膜脱附能力的研究.实验表明，在pH值为4，接触时间为10 h时，由于氮原子与金属离子的配位作用，膜对上述离子的最大吸附量达到150.6,155.5,116.5和60.6mg/g，盐酸浓度达到10mol/L时，对各重金属的脱附率均达到90%以上.Ye等 [21]对纳米CA膜表面进行聚甲基丙烯酸（PMAA）修饰，研究对 Cu2+、Hg2+和 Cd2+的吸附性能，研究发现PMAA修饰CA膜对Hg2+有很高的选择吸附性，可用于痕量Hg2+的分离富集.Stephen等[22]采用丁二酸酐对CA膜经行表面功能化，运用这种材料吸附水中的Cd2+、Pb2+，最大吸附容量分别达到0.59、1.21 mmol/g.Teng等[23]在纳米PVP/SiO2纤维膜表面进行硫醚修饰，对不同重金属进行吸附研究，发现-S-对Hg2+具有高效选择吸附性（图2 d），而且在30 min内达到吸附平衡，吸附容量为854mg/g，经过3次吸附-脱附循环以后，膜的吸附率为89.52%，吸附容量为230.69mg/g.Li等[24]制备了一种新颖的巯基化二氧化硅纳米纤维，并且用来处理水中的Hg2+，在30 min内达到吸附平衡，吸附容量达到57.49mg/g.Haide等[25-26]制备了壳聚糖静电纺纳米纤维膜，得到的薄膜在K2CO3溶液中浸泡后，使得纤维上的-NH3+转化为-NH2，最终得到对重金属有吸附作用的纳米纤维膜.研究表明，这种壳聚糖纳米纤维膜在含有Cu2+和Pb2+的水溶液中吸附8 h可达到饱和，对两种离子的最大吸附量分别达到485.44mg/g和263.15mg/g.研究人员还制备了PAN静电纺丝纳米纤维膜，然后将PAN纳米纤维膜用偕胺肟修饰，腈基转化为偕胺肟基团，并将其用于重金属离子吸附.研究发现，偕胺肟修饰的PAN纳米纤维对Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别可达到52.70mg/g和263.45mg/g.将吸附有金属的纤维膜放入1 mol/L的HNO3中，1 h后，Cu2+和Pb2+的脱附率均达到90%以上，该纳米纤维膜具有较强的再生能力.康学军等[27]采用聚苯乙烯（PS）和双硫腙（DZ）制备PS-DZ共混静电纺丝纳米纤维膜，并且利用该纳米纤维膜作为固相萃取剂吸附水溶液中得Pb（Ⅱ）.研究发现，PS-DZ纳米纤维固相萃取剂吸附Pb（Ⅱ）比其他固相萃取材料效果更好.Wang等[28]利用1,4-二羟基蒽醌（1,4-DHAQ）和醋酸纤维素（CA）制备共混纳米纤维，然后经脱乙酰化得到1,4-DHAQ@CL纳米纤维.研究表明，1,4-DHAQ本身具有荧光性，当1,4-DHAQ@CL纳米纤维吸附Cu2+后，得到（1,4-DHAQ）-Cu2+@CL纳米纤维，荧光性降低.但是（1,4-DHAQ）-Cu2+@CL纳米纤维吸附Cr3+后，荧光增强（图3）.1,4-DHAQ@CL纳米纤维和（1,4-DHAQ）-Cu2+@CL纳米纤维分别吸附Cu2+和Cr3+具有很强的选择性.这种具有荧光性的纳米纤维检测痕量重金属，尚属首次研究，对重金属的分析检测具有很大的实际意义.综上所述，静电纺丝作为一种简便的生产纳米纤维膜的技术，在重金属分离富集方面具有广阔的应用前景，但由于其制备所需时间长、产量低，分离也相当麻烦，因此，目前主要研究静态吸附特性，自动化程度不高，给实际的应用带来了很大困难.如果这个问题不能得到有效解决，进一步研究的意义就变得不大.虽然静电纺丝纳米纤维膜用于环境中金属离子的分离富集的研究逐渐增加，但是对某一特定金属或不同形态的选择性吸附的研究比较少，开展对于环境中某一特定金属的分离富集静电纺丝纳米纤维膜的研究具有更大的挑战性.[1]Lord Rayleigh.On the equilibrium of liquid conducting masses charged with electricity[J].Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal,1882,44：184-186.[2]John Zeleny.The electrical discharge from liquid points,and a hydrostatic method of measuring the electric intensity at their surfaces[J].Physical Review.1914,3：69-91.[3]Anton,Formhals.Process and apparatus for preparing artificialthreads[J].US Patent,1,975,504,1934.[4]Geoffrey Taylor.Electrically driven jets[J].Proceedings of the Royal Society of London A：Mathematical Physical and Engineering Sciences,1969,313：453-475.[5]WANG Bo-chu,WANG Ya-zhou,YIN Tie-ying,et al.Applications of electrospinning technique in drug delivery[J].Chemical Engineering Communications,2010,197：1315-1338.[6]Victor Leung,Frank Ko.Biomedical applications of nanofibers[J].Polymers for Advanced Technologies,2011,22：350-365.[7]Aditya Kulkarnia,Bamboleb V A,Mahanwara P A.Electrospinning of polymers,their modeling and applications[J].Polymer-Plastics Technology and Engineering,2010,49（5）：427-441.[8]Seema Agarwal,Joachim H Wendorff,Andreas Greiner.Progress in the field of electrospinning for tissue engineering applications[J].Advanced Materials.2009,21：3343-3351.[9]Anca-Dana Bendrea,Luminita Cianga,Ioan Cianga.Review paper：progress in the field of conducting polymers for tissue engineering applications[J].Journal of Biomaterials Applications,2011,26：3-84. [10]Sara Cavaliere,Surya Subianto,Iuliia Savych,et al.Electrospinning：designed architectures for energy conversion and storagedevices[J].Energy and Environmental Science,2011,4：4761-4785.[11]HUANG Chao-bo,CHEN Shui-liang,Darrell H Reneker,et al.Highstrength mats from electrospun poly（p-phenylene biphenyltetracarboximide）nanofibers[J].Advanced Materials,2006,18：668-671.[12]Samuel Chigome,Nelson Torto.A review of opportunities for electrospun nanofibers in analytical chemistry[J].Analytica Chimica Acta,2011,706：25-36.[13]SamuelChigome,Godfred Darko,Nelson Torto.Electrospun nanofibers as sorbent material for solid phase extraction[J].Analyst,2011,136：2879-2889.[14]Keyur Desai,Kevin Kit.Morphological and surface properties of electrospun chitosan nanofibers[J].Biomacromolecules,2008,9：1000-1006.[15]Keyur Desai,Kevin Kit.Nanofibrous chitosan non-wovens for filtration applications[J].Polymer,2009,50：3661-3669.[16]SAN Yi-min,LI Fa-sheng.Heavy metal-contaminated groundwater treatment by a novel nanofiber membrane[J].Desalination,2008,223：349-360.[17]Chang Seok Ki,Eun Hee Gang,et al.Nanofibrous membrane of wool keratose/silk fibroin blend for heavy metal ion adsorption[J].Journal of Membrane Science.2007,302：20-26.[18]WU Sheng-ju.Effects of poly （vinyl alcohol）（PVA） content on preparation of novel thiol-functionalized mesoporous PVA/SiO2 composite nanofiber membranes and their application for adsorption of heavy metal ions from aqueous solution[J].Polymer,2010,51：6203-6211.[19]Parvin Karimi Neghlani.Preparation of aminated-polyacrylonitrile nanofiber membranes for the adsorption of metal ions：comparison with microfibers[J].Journal of Hazardous Materials,2011,186：182-189.[20]Pimolpun Kampalanonwat,Pitt Supaphol.Preparation and adsorption behavior of aminated electrospun polyacrylonitrile nanofiber mats for heavy metal ion removal[J].Applied Materials and Interfaces.2010,2：3619-3627.[21]TIAN Ye,WU Min.Electrospun membrane of cellulose acetate for heavy metal ion adsorption in water treatment[J].Carbohydrate Polymers,2011,83：743-748.[22]Musyoka Stephen,Ngila Catherinea,Moodley Brend,et al.Oxolane-2,5-dione modified electrospun cellulose nanofibers for heavy metals adsorption[J].Journal of Hazardous Materials,2011,192：922-927.[23]TENG Min-min,WANG Hong-tao.Thioether-functionalized mesoporous fiber membranes：Sol-gel combined electrospun fabrication and their applications for Hg2+removal[J].Journal of Colloid and InterfaceScience,2011,355：23-28.[24]LI Shou-zhu,YUE Xiu-li,JING Yuan-miao,et al.Fabrication of zonal thiol-functionalized silica nanofibers for removal of heavy metal ions from wastewater[J].Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects,2011,380：229-233.[25]Sajjad Haider,Soo-Young Park.Preparation of the electrospun chitosan nanofibers and their applications to the adsorption of Cu （Ⅱ）and Pb（Ⅱ）ions from an aqueous solution[J].Journal of Membrane Science,2009,328：181-190.[26]Saeed K,Haider S,OH T J,et al.Preparation of amidoxime-modified polyacrylonitrile （PAN-oxime） nanofibers and their applications to metal ions adsorption[J].Journal of Membrane Science,2008,322：400-405. [27]DENG Jian-jun, KANG Xue-jun, CHEN Li-qin, et al. A nanofiberfunctionalized with dithizone by co-electrospinning for lead （II）adsorptionfrom aqueous media[J]. Journal of Hazardous Materials,2011, 196：187-193.[28]WANG Mei-ling,MENG Guo-wen,HUANG Qing,et al.Electrospun 1,4-DHAQ-doped cellulose nanofiber films for reusable fluorescence detection of trace Cu2+and further for Cr3+[J].Environmental Science and Technology,2012,46： 367－37.【相关文献】[1]Lord Rayleigh.On the equilibrium of liquid conducting masses charged withelectricity[J].Edinburgh and Dublin Philosophical Magazine and Journal,1882,44：184-186.[2]John Zeleny.The electrical discharge from liquid points,and a hydrostatic method ofmeasuring the electric intensity at their surfaces[J].Physical Review.1914,3：69-91.[3]Anton,Formhals.Process and apparatus for preparing artificial threads[J].USPatent,1,975,504,1934.[4]Geoffrey Taylor.Electrically driven jets[J].Proceedings of the Royal Society of London A：Mathematical Physical and Engineering Sciences,1969,313：453-475.[5]WANG Bo-chu,WANG Ya-zhou,YIN Tie-ying,et al.Applications of electrospinning technique in drug delivery[J].Chemical Engineering Communications,2010,197：1315-1338.[6]Victor Leung,Frank Ko.Biomedical applications of nanofibers[J].Polymers for Advanced Technologies,2011,22：350-365.[7]Aditya Kulkarnia,Bamboleb V A,Mahanwara P A.Electrospinning of polymers,their modeling and applications[J].Polymer-Plastics Technology and Engineering,2010,49（5）：427-441.[8]Seema Agarwal,Joachim H Wendorff,Andreas Greiner.Progress in the field of electrospinning for tissue engineering applications[J].Advanced Materials.2009,21：3343-3351.[9]Anca-Dana Bendrea,Luminita Cianga,Ioan Cianga.Review paper：progress in the fieldof conducting polymers for tissue engineering applications[J].Journal of Biomaterials Applications,2011,26：3-84.[10]Sara Cavaliere,Surya Subianto,Iuliia Savych,et al.Electrospinning：designed architectures for energy conversion and storage devices[J].Energy and Environmental Science,2011,4：4761-4785.[11]HUANG Chao-bo,CHEN Shui-liang,Darrell H Reneker,et al.Highstrength mats from electrospun poly（p-phenylene biphenyltetracarboximide） nanofibers[J].Advanced Materials,2006,18：668-671.[12]Samuel Chigome,Nelson Torto.A review of opportunities for electrospun nanofibers in analytical chemistry[J].Analytica Chimica Acta,2011,706：25-36.[13]SamuelChigome,Godfred Darko,Nelson Torto.Electrospun nanofibers as sorbent material for solid phase extraction[J].Analyst,2011,136：2879-2889.[14]Keyur Desai,Kevin Kit.Morphological and surface properties of electrospun chitosan nanofibers[J].Biomacromolecules,2008,9：1000-1006.[15]Keyur Desai,Kevin Kit.Nanofibrous chitosan non-wovens for filtrationapplications[J].Polymer,2009,50：3661-3669.[16]SAN Yi-min,LI Fa-sheng.Heavy metal-contaminated groundwater treatment by a novel nanofiber membrane[J].Desalination,2008,223：349-360.[17]Chang Seok Ki,Eun Hee Gang,et al.Nanofibrous membrane of wool keratose/silk fibroin blend for heavy metal ion adsorption[J].Journal of Membrane Science.2007,302：20-26.[18]WU Sheng-ju.Effects of poly （vinyl alcohol）（PVA） content on preparation of novel thiol-functionalized mesoporous PVA/SiO2 composite nanofiber membranes and their application for adsorption of heavy metal ions from aqueoussolution[J].Polymer,2010,51：6203-6211.[19]Parvin Karimi Neghlani.Preparation of aminated-polyacrylonitrile nanofiber membranes for the adsorption of metal ions：comparison with microfibers[J].Journal of Hazardous Materials,2011,186：182-189.[20]Pimolpun Kampalanonwat,Pitt Supaphol.Preparation and adsorption behavior of aminated electrospun polyacrylonitrile nanofiber mats for heavy metal ionremoval[J].Applied Materials and Interfaces.2010,2：3619-3627.[21]TIAN Ye,WU Min.Electrospun membrane of cellulose acetate for heavy metal ion adsorption in water treatment[J].Carbohydrate Polymers,2011,83：743-748.[22]Musyoka Stephen,Ngila Catherinea,Moodley Brend,et al.Oxolane-2,5-dione modified electrospun cellulose nanofibers for heavy metals adsorption[J].Journal of Hazardous Materials,2011,192：922-927.[23]TENG Min-min,WANG Hong-tao.Thioether-functionalized mesoporous fiber membranes：Sol-gel combined electrospun fabrication and their applications forHg2+removal[J].Journal of Colloid and Interface Science,2011,355：23-28.[24]LI Shou-zhu,YUE Xiu-li,JING Yuan-miao,et al.Fabrication of zonal thiol-functionalized silica nanofibers for removal of heavy metal ions from wastewater[J].Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects,2011,380：229-233.[25]Sajjad Haider,Soo-Young Park.Preparation of the electrospun chitosan nanofibers and their applications to the adsorption of Cu （Ⅱ）and Pb（Ⅱ） ions from an aqueous solution[J].Journal of Membrane Science,2009,328：181-190.[26]Saeed K,Haider S,OH T J,et al.Preparation of amidoxime-modified polyacrylonitrile （PAN-oxime） nanofibers and their applications to metal ions adsorption[J].Journal of Membrane Science,2008,322：400-405.[27]DENG Jian-jun, KANG Xue-jun, CHEN Li-qin, et al. A nanofiberfunctionalized with dithizone by co-electrospinning for lead （II） adsorptionfrom aqueous media[J]. Journal of Hazardous Materials,2011, 196：187-193.[28]WANG Mei-ling,MENG Guo-wen,HUANG Qing,et al.Electrospun 1,4-DHAQ-doped cellulose nanofiber films for reusable fluorescence detection of trace Cu2+and further for Cr3+[J].Environmental Science and Technology,2012,46： 367－37.(1.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000；2.嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001)。
静电纺丝技术制备纳米纤维膜相关研究进展
静电纺丝技术制备纳米纤维膜相关研究进展静电纺丝技术是一种基于静电吸引原理制备纳米纤维膜的方法，近年来得到了广泛的关注和研究。
它能够将聚合物溶液通过高压电场形成纤维，并沉积在基板上制备出纳米纤维膜。
由于其简单、低成本、高效率等优点，静电纺丝技术在许多领域，如材料科学、纺织工程、生物医学等方面都得到了广泛的应用和发展。
在静电纺丝技术制备纳米纤维膜方面，研究人员主要集中在改进纺丝设备和优化纺丝工艺、探索新型纺丝材料、功能化纳米纤维膜的制备以及应用等方面。
这些研究进展为纳米纤维膜的制备提供了许多新的途径和可能性。
首先，纺丝设备及工艺的改进是静电纺丝技术发展的关键。
目前的静电纺丝装置通常采用高压发生器和喷嘴构成，但存在纤维直径分布不均匀、纤维动态不稳定等问题。
为了克服这些问题，研究人员通过改变电场设置和流体控制来实现纺丝参数的调节，如电压、喷嘴直径、溶液浓度等，以改善纤维的均匀性和稳定性。
此外，研究人员还尝试使用旋转喷嘴、多孔板等新型装置，以进一步提高纺丝效果。
其次，纺丝材料的选择和改进也对纳米纤维膜的制备至关重要。
传统上，聚合物是纺丝材料的主要选择，如聚丙烯、聚乳酸等。
近年来，研究人员还开始尝试使用天然聚合物、无机纳米颗粒和功能性添加剂等作为纺丝材料，以获得具有特殊性能的纳米纤维膜。
例如，天然聚合物纳米纤维膜具有优异的生物相容性和可降解性，在医学领域有很大的应用潜力。
此外，纳米纤维膜的功能化制备也是当前研究的热点之一。
通过添加纳米颗粒、导电材料、抗菌剂等，可以使纳米纤维膜具备光催化、导电、抗菌等特殊功能。
例如，加入二氧化钛纳米颗粒的聚丙烯纳米纤维膜在光催化降解有机污染物方面显示出良好的性能。
此外，添加导电剂可以赋予纳米纤维膜导电性能，拓展其在传感器、光电器件等领域的应用。
纳米纤维膜在许多领域中具有广泛的应用前景。
在过滤分离领域，纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙度，可以用于气体过滤、水处理等。
此外，纳米纤维膜的高比表面积和纤维间的微米级孔隙结构也使其在能量储存和催化领域有着重要的应用。
静电纺纳米纤维膜
静电纺纳米纤维膜静电纺纳米纤维膜是一种通过静电纺纺丝技术制备的纳米级纤维薄膜材料。
它具有高比表面积、高孔隙率、细小的纤维直径以及良好的机械性能等优点，因此在多个领域具有广泛的应用前景。
静电纺纺丝技术是一种通过电场作用将聚合物溶液或熔融聚合物拉伸成纤维的方法。
该技术的基本原理是利用高电压电场对溶液或熔融聚合物进行电荷分离，形成静电纺丝喷丝器中的电荷层。
当电荷层中的电荷受到电场力作用时，会拉伸并形成纤维，最终在静电纺丝器的集电板上形成纳米纤维膜。
静电纺纳米纤维膜具有以下几个显著的特点。
首先，由于纤维直径通常在几十到几百纳米之间，因此纤维膜具有极高的比表面积。
这使得纳米纤维膜在吸附、过滤和催化等应用中具有明显的优势。
其次，纳米纤维膜由于纤维之间的空隙较大，因此具有较高的孔隙率，这使得纳米纤维膜在透气性和渗透性方面表现出色。
再次，纳米纤维膜的纤维直径非常细小，这使得纤维膜具有良好的柔韧性和柔软性，可以用于制备纳米纤维纺织品和纳米纤维薄膜。
静电纺纳米纤维膜在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，在过滤领域，纳米纤维膜具有较高的孔隙率和细小的纤维直径，可以用于制备高效的空气和液体过滤材料。
其次，在生物医学领域，纳米纤维膜可以用作组织工程支架、药物传递载体和生物传感器等。
再次，在能源领域，纳米纤维膜可以用于制备高效的锂离子电池电解质膜和燃料电池催化层。
此外，纳米纤维膜还可以应用于纳米过滤、分离、传感和光学等领域。
尽管静电纺纳米纤维膜具有许多优点和应用前景，但在实际应用中仍然存在一些挑战。
首先，纳米纤维膜的制备过程需要严格控制操作条件，如溶液浓度、电场强度和喷丝器结构等，以获得所需的纤维形态和性能。
其次，纳米纤维膜通常具有较低的机械强度和稳定性，因此需要通过交联、复合和纤维改性等方法来提高其机械性能。
此外，纳米纤维膜的大规模制备和工业化生产也面临一些技术和经济上的挑战。
静电纺纳米纤维膜作为一种新型的纳米材料，具有许多独特的性质和潜在的应用前景。
静电纺丝制备螺旋结构微纳米纤维的最新进展
电纺丝方法， 发现 当前 多根螺旋缠绕纤维大都 以附加机械 力或 电场 力扭 曲成型， 单根 螺旋纤维 则以改变纤维 内部 力
学 分 布达 到 扭 曲成 型 目的 。此 外 ， 析 了研 究 现状 和发 展 前 案 。 分
关 键 词 静 电纺丝 扭曲螺旋结构 微纳米纤维
Ｒｅ ｅ ｖ ｎ ｅ ｉ ｂ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｌｃ ｌＳ ｒ ｃ ｕ ａ ｎ ｆ ｂ ｒ ｉ ｅ ｔ ｏ ｐ ｎ ｎ ｃ ｎｔＡｄ ａ ｃ ｎ Ｆａ ｒ ｃ ｔｏ ｆ Ｈｅ ｉ ａ ｔ ｕ ｔ ｒ ｌＮａ ｏ ｉ ｅ ｓ ｖ ａ Ｅｌ ｃ ｒ ｓ ｉ ｎｉ ｇ
・
７ ・ ２
材 料导报 ： 综述篇
２１ ００年 ２月（ ） ２ 上 第 ４卷第 ２期
静 电纺 ห้องสมุดไป่ตู้ 制 备 螺 旋 结 构 微 纳 米 纤 维 的 最 新 进 展
刘抗抗 ， 龙云泽 ， 成春 ， 唐 尹红星 ， 珂 ， 曹 尹志华， 蒙蒙 李
（ 青岛大学物理科学学院 ，青岛 ２ ６７ ） ６ ０ １ 摘要 综述 了 ６种制备单根扭 曲螺旋结构微纳米纤维和 ４种制备 多根螺旋缠 绕结构纤 维（ 纳米 绳索） 微 的静
的 。最 近 ， 了达 到仿 生 应用 目的 ， 为 已有 研 究小 组 报道 了新
的制 备技术来 提 高纤维 的强 度 。单 根 扭 曲螺 旋 结 构具 有较 强 的柔 韧性和较 高 的孔 隙度 ， 在微 电子 器件 、 高级 光学元 件 、 吸附过 滤材料 、 药物传 输和生 物 医用 等领 域都 具有 较高 的应
用 价值 。根 据其 较强 的 柔韧 性 和很 高 的孔 隙 度 制成 的 吸附
材料 和过滤 材料 ， 可应用 于亚微 米微粒 过滤 等方 面 ， 可有 也 效地 用于原 子工业 、 菌室 、 无 精密 工业 、 物 化纤 防护 等 ，其 生
静电纺丝技术制备纳米纤维膜研究
静电纺丝技术制备纳米纤维膜研究纳米材料在科技领域有着广泛应用，其中纳米纤维膜是一种重要的纳米材料。
静电纺丝技术是制备纳米纤维膜的一种常见方法，下面将详细介绍静电纺丝技术制备纳米纤维膜的原理、优势和应用。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术又称为电纺法、纺织电晕法等，是一种制备高分子材料纳米纤维膜的方法。
该技术使用高压电场使稀溶液产生强烈的电荷，经过过度拉伸后会产生电极化、沉积和电晕等现象，最终将溶液转变为具有纳米级直径的纤维。
静电纺丝技术的制备过程主要分为三个步骤：①将高分子溶解于有机溶剂中，制备出高分子稀溶液；②通过静电势场，将稀溶液产生电极化和增加表面能；③将带电的液滴通过冷凝作用凝聚成为纳米纤维膜。
二、静电纺丝技术的优势（1）高纳米纤维膜产量：静电纺丝技术可以同时制备多个纳米纤维膜，可大幅提高产量。
（2）低成本、高效率：静电纺丝技术制备的纳米纤维膜采用的有机溶剂可以再生利用，不仅成本低，而且制备速度非常快。
（3）纳米纤维膜直径可调：可以通过调节静电场、流量、距离和喷嘴的直径等参数，控制纳米纤维膜的大小，进一步优化纳米纤维膜的性质。
三、静电纺丝技术的应用（1）纳米滤膜：静电纺丝技术可以制备出高效纳米滤膜，例如空气过滤器和水处理过滤器等。
（2）纳米材料：纳米纤维膜可以用于制备纳米材料，例如非常完美的是一簇具有纤维维度的SiO2微晶。
（3）医用纱线：静电纺丝技术可以制备含有药物的医用纱线，用于缓释药物，使药物更加高效和准确。
总之，静电纺丝技术作为制备纳米纤维膜的一种常见方法，具有优越性能，并有着广泛的应用前景。
在未来的生产和科研中，这种技术将大大促进纳米材料的发展和应用。
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究随着科学技术的发展，纳米材料已经成为了一个重要的研究领域。
而其中，纳米纤维材料的制备技术也成为了纳米科技研究中的一个重要领域。
静电纺丝技术作为一种先进的纳米纤维材料制备技术，其制备的纳米纤维材料广泛应用在各个领域，如生物医学、环境保护和能源材料等领域。
一、静电纺丝技术的原理与过程静电纺丝技术是利用静电力和表面张力将高分子溶液或熔融物在高电场下的电荷作用下进行拉丝成纤维。
在高电场下，液体表面张力对于电场的效应会产生剥离力，而相互作用较弱的分子会在电场力的作用下被拉伸成纤维形状，产生纳米纤维材料。
静电纺丝技术的整个过程包括物料预处理、电极设计、高电压电场设置、喷丝电极喷液和纤维成形过程。
通常情况下，静电纺丝技术需要一个能够提供高电压的电源和一个线圈，以及能够喷液的电极。
液体从电极中喷出，并在电场的作用下生成纳米纤维材料。
静电纺丝技术的优点在于：可以制备高比表面积、高孔隙率和高表面活性的纳米纤维膜，可以用于材料性能的调整和优化。
二、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在生物医学中的应用1. 纳米纤维支架静电纺丝技术制备的纳米纤维支架被广泛应用于人工血管、人造骨的制备等领域。
纳米纤维支架具有良好的生物相容性和力学性能，能够促进细胞分裂和细胞增殖，从而促进组织生长和恢复。
2. 组织构建材料静电纺丝技术能够制备出精细的纳米纤维纺织品，这些纳米纤维纺织品可以被用于构建人工组织、生物芯片等生物医学领域的应用。
三、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在环境保护中的应用1. 空气净化材料利用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以被应用于空气污染治理中。
通过建立一些纤维过滤织物，可以有效地实现对空气中挥发性有机物（VOCs）和颗粒物的过滤和除去，达到净化空气和改善空气质量的目的。
2. 水净化材料静电纺丝技术可以制备出超细的纳米纤维膜，这些膜可以被广泛应用于水净化中。
纳米纤维膜的微孔结构可以有效地过滤水中的大分子杂质和细菌等微生物，从而得到更清洁、更安全的水源。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
青岛大学科技成果——静电纺丝纳米纤维薄膜
技术创新点
静电纺丝是国际上最近十几年发展起来的一种可大规模制备连续微纳米纤维的技术。
由于该技术装臵相对简单，成本较低，可工业规模生产，静电纺丝制备的纳米纤维薄膜在诸多领域有潜在应用前景。
我们实验室过去几年在静电纺丝仪器的改进、多种功能纳米纤维方面申请和授权国家专利多项。
可以转化的成果如下：
（1）制备的复合纳米纤维（纤维中还可增加某些金属化合物纳米颗粒）通过真空碳化处理，再经过成型处理，可以制备成多孔的炭电极材料，用于超级电容的电极和海水淡化EDI装臵的电极材料。
（2）制备的有序排列的纳米晶结构无机半导体（氧化锌、二氧化钛、钛酸钡）纳米纤维薄膜由于具有非常大的比表面积，可以用于新型共混太阳能电池的电极材料、以及用于高灵敏度气体探测器和传感器。
技术性能
（1）该项目用静电纺丝技术制备的钛酸钡纳米纤维薄膜的响应相对湿度区域大，范围从12%到98%，可响应时间和恢复时间均小于1秒。
（2）用静电纺丝技术制备的导电高分子纳米纤维薄膜可以探测极低浓度（约100ppb）的氨气。
（3）静电纺丝技术制备的锰酸锂纳米纤维，通过成型处理，可用于高容量高电压型正极材料，比电容可达120mAh/g。
市场分析
纳米纤维结构的气体探测器和传感器由于具有更高的比表面积和灵敏度，有望逐步部分取代现在市售的探测器和传感器。
此外无机半导体纳米纤维结构的电极材料由于具有更高的比表面积和化学活性，在超级电容电极、新型太阳能电极、海水淡化EDI装臵的电极材料、以及催化材料等方面都有广阔的应用前景。
合作方式合作开发、技术转让。