刘延波谈静电纺纳米纤维技术
静电纺丝制备纳米纤维的研究进展
静电纺丝制备纳米纤维的研究进展近年来，随着纳米技术的快速发展，纳米材料的应用领域也越来越广泛，其中纳米纤维作为一种新型材料备受关注。
静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维的有效方法，其应用范围也越来越广泛。
本文将介绍静电纺丝制备纳米纤维的研究进展。
1. 静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子材料制备成纳米纤维的方法。
该技术具有工艺简单、操作方便、成本低、制备纤维直径可调等优点。
静电纺丝技术离不开两个基本元素：溶液和电场。
高分子材料被溶解在溶液中，经过特定的处理后，在电场的作用下开始拉伸，形成纳米直径的纤维。
2. 静电纺丝技术的优缺点静电纺丝技术在制备纳米纤维方面具有以下优点：①纳米纤维可以制备成连续的纤维丝，其长度可达数百米以上，比传统制备方法的纤维连续性更好；②纳米纤维直径可在10纳米至数微米之间调节；③制备成纳米纤维的材料具有极高的比表面积和孔隙度，这些特性使得其在耐热性、膜分离、天然气储存等方面具有广泛的应用前景。
但是，静电纺丝技术也存在一些缺点：①纤维纳米化会导致纤维的拉伸力和断裂十分容易，因此在制备过程中需要控制拉伸度，避免出现纤维过于脆弱导致纤维丝断裂；②由于溶剂挥发以及电场造成的电荷分布不均，容易导致制备的纳米材料出现不均匀性和不稳定性。
3. 静电纺丝技术的进展目前，在静电纺丝技术领域已有许多研究成果。
例如，在制备金属氧化物、生物纳米纤维、纳米复合材料、药物等方面都有广泛的应用。
例如，学者们在制备PCL（聚己内酯）纳米纤维过程中，将X射线光谱法和原子力显微镜（AFM）技术结合，探究了纤维的结构、力学性能和表面形貌等。
研究结果表明，纤维直径的变化可以显著改变材料的力学性能。
在另一项研究中，学者们使用静电纺丝技术制备出药物包被的聚乳酸（PLA）纳米纤维，实现了药物的缓慢释放，有望在医药领域得到应用。
4. 静电纺丝技术未来发展随着人们对纳米材料需求的增加，静电纺丝技术的应用前景也越来越广阔。
静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景
静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景一、本文概述本文旨在深入探讨静电纺丝纳米纤维的工艺原理、现状及应用前景。
我们将详细阐述静电纺丝技术的基本原理，包括其工作原理、操作步骤以及关键影响因素。
接着，我们将概述当前静电纺丝纳米纤维的研究现状，包括纳米纤维的制备技术、性能调控以及应用领域等方面的最新进展。
我们将展望静电纺丝纳米纤维的未来应用前景，分析其在各个领域中的潜在应用价值以及可能面临的挑战。
通过本文的综述，我们希望能够为相关领域的研究人员提供关于静电纺丝纳米纤维的全面了解，并为未来的研究提供有益的参考和启示。
我们也期望能够引起更多研究者对静电纺丝纳米纤维技术的关注，共同推动其在各个领域的广泛应用和发展。
二、静电纺丝纳米纤维的工艺原理静电纺丝是一种利用静电场力将高分子溶液或熔体拉伸成纳米级纤维的技术。
其工艺原理主要涉及到电场力、表面张力和高分子链的缠结作用。
在静电纺丝过程中，高分子溶液或熔体被置于一个强静电场中。
当电场强度足够大时，液体表面电荷密度增加，形成泰勒锥。
随着电荷的不断积累，电场力克服表面张力，使得泰勒锥的尖端形成射流。
射流在电场力的作用下被迅速拉伸，同时溶剂挥发或熔体冷却固化，最终形成纳米级纤维。
在这个过程中，高分子链的缠结作用也起到了关键作用。
高分子链之间的缠结使得纤维在拉伸过程中保持一定的结构稳定性，防止纤维断裂。
缠结作用还有助于纤维在接收装置上的沉积和收集。
静电纺丝技术具有操作简便、纤维直径可控、可制备多种材料等优点，因此在纳米材料制备、生物医用、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
通过深入研究静电纺丝纳米纤维的工艺原理，可以进一步优化纺丝过程，提高纤维的性能和产量，为相关领域的科技进步做出贡献。
三、静电纺丝纳米纤维的现状静电纺丝技术自其诞生以来，在纳米纤维制备领域已经取得了显著的进展，并逐渐发展成为一种高效、可控的纳米纤维生产方法。
目前，静电纺丝纳米纤维的研究与应用已经涉及到了众多领域，如环境保护、生物医疗、能源科技、纺织工程等。
电纺PET纳米纤维膜的制备及其防水透湿性能评价
电纺PET纳米纤维膜的制备及其防水透湿性能评价闫嘉琨;刘延波;张子浩;马营;宋学礼;陈国贵【摘要】以PET切片为原料，溶于适当溶剂制备静电纺纳米纤维膜，采用FE-SEM对其纤维形貌进行表征，并测试其纤维膜的防水透湿性能和力学性能。
结果表明：当纺丝液中PET质量分数高于15%时可获得直径分布均匀且无珠丝的纳米纤维膜；静电纺PET纳米纤维膜具有优异的拒水性能、良好的透湿性能，且具有一定的耐静水压性能；通过调整静电纺PET纳米纤维膜的厚度可以改善其强力，进而提升耐静水压值而不影响其透湿效果。
%The electrospun nanofiber membrane is prepared by dissolving polyethylene terephthlate (PET) chips in appropriate solvent, which is characterized with field emission scanning electron microscope (FE-SEM) in terms of fiber morphology, and the water proof, vapor permission and mechanical properties of the resultant nanofiber membrane are also tested. The results indicate that the nanofiber film with uniform diameter distribution and without beaded fibers could be obtained via using concentration greater than 15% of polymer solution, and the resulting electrospun PET nanofiber film possesses excellent hydrophobicity, good vapor permission and certain degree of hydrohead value. The mechanical strength of electrospun PET nanofiber membrane could be enhanced by increasing the thickness of the membrane, and then its hydrohead value increases, but the vapor transmission property of the membrane does not show significant change.【期刊名称】《天津工业大学学报》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】5页(P14-18)【关键词】电纺PET纳米纤维膜;防水透湿;耐静水压;透气性;机械强力【作者】闫嘉琨;刘延波;张子浩;马营;宋学礼;陈国贵【作者单位】天津工业大学纺织学部，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387; 天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387;天津工业大学纺织学部，天津 300387;浙江伟星实业发展股份有限公司，浙江台州317025;浙江伟星实业发展股份有限公司，浙江台州 317025【正文语种】中文【中图分类】TQ340.649聚对苯二甲酸乙二酯（PET）是一种高度结晶的聚合物，其纤维具有优良的耐高、低温性能，使用温度为-100～120℃，具有优良的力学性能、电绝缘性、拒水性、抗蠕变性、耐摩擦性、耐药品性以及尺寸稳定性[1].由于其成本低且性能优异，PET纤维被广泛应用于服装面料、工业过滤、生物医疗、军事防护及办公电器、汽车等领域.目前工业上大多采用熔体纺丝制备PET短纤维[2-3]，这种方法的优势是成本低、产量大.而中国纺科院也开发了国产熔体直纺长丝生产专利技术[4]，改变了原来引进的切片纺丝技术，降低了投资成本.然而熔体纺丝法的纤维细度只有微米级，极大限制了PET纤维性能优势的发挥.静电纺丝法是一种制备纳米级纤维的重要纺丝方法.它是利用高压电场使导电流体形成喷射流，最终溶剂挥发使其在接收装置上干燥、固化形成纤维[5]，所得纤维为纳米级且具有高比表面积、大孔隙率等优点，已经被越来越多的学者所重视.目前国内有关PET静电纺纳米纤维的研究仍较少.吕梦青等[6]采用PVA对PET进行改性，使用静电纺丝技术并经过戊二醛蒸汽的改性处理，成功制备了力学性能和热稳定性良好、亲水性能优异的PET/PVA纳米纤维复合膜.李丽等[7]研究了静电纺纳米/微米纤维复合膜（PA6/PET）的制备及其空气过滤性能.而国外研究主要集中在复合PET电纺膜及其在过滤、生物医疗、电池隔膜等方面的应用[8-11].目前虽有对静电纺PET纤维膜复合织物的性能评价研究[12-13]，但鲜有学者单纯针对静电纺PET纳米纤维膜的防水透湿性能做过具体的研究与表述.本实验采用PET切片为原料，利用静电纺丝法获得PET纳米纤维膜，并研究其防水透湿性能，旨在开发出新的应用市场. 1.1 原料与设备所用原料包括：聚对苯二甲酸乙二酯（PET杜邦FR543），东莞市大嘉源塑化原料有限公司产品；三氟乙酸（TFA），分析纯，天津市光复精细化工研究所产品；二氯甲烷（DCM），分析纯，天津市福晨化学试剂厂产品.所用设备包括：多针头纺丝装置，实验室自制；FE-SEM型场发射扫描电子显微镜，日本日立公司产品；POWEREACH接触角测量仪，上海中晨数字技术设备有限公司产品；CAY-C2型薄膜厚度测量仪，济南兰光机电技术有限公司产品；YG461H 型全自动透气量仪，宁波纺织仪器厂产品；INSTRON-3369型万能强力测试仪，美国英斯特朗公司产品.1.2 静电纺PET纳米纤维膜的制备称取一定质量的PET颗粒溶于TFA/DCM（质量比为6∶4）混合溶剂中，配制质量分数分别为9%、11%、13%、15%、17%、19%的PET纺丝液；室温下磁力搅拌器搅拌2 h后溶解，静置消泡待用.将配制好的纺丝液装入带有针头（纺针内径为0.52 mm）的5 mL注射器中，先用前述不同质量分数的纺丝液采用单针头纺丝，而后采用质量分数为15%的纺丝液进行8针头静电纺丝，纺丝时间分别为60、90和120 min，得到3种不同厚度的静电纺PET纳米纤维膜.实验采用覆盖有离心纸的接收滚筒作为接收装置，滚筒转速为80 r/min，接收距离为18 cm，纺丝电压为22 kV，纺丝液喂给速率为0.1 mL/h.在室温下，将纺制的纳米纤维膜先用丙酮洗涤2次，再在70℃条件下进行烘箱干燥，时间为15 min，而后进行测试.1.3 性能表征（1）纤维形貌表征：采用场发射扫描电镜（FESEM）与Image-Pro Plus图像处理软件对纤维膜的形貌进行表征；每组试样测试150根纤维的直径，取其统计学平均值.（2）润湿性能分析：采用POWEREACH接触角测量仪对纺制的PET电纺膜进行润湿性能评价.（3）厚度测定：采用CHY-C2型薄膜厚度测量仪对不同纺丝时长（60、90、120 min）的纤维膜进行厚度测量，每组试样测试20个点，取统计学平均值.（4）透气性能测评：采用YG461H型全自动透气量仪对纤维膜的透气性能进行表征，测试压差为3 kPa，每组试样测试5次，取统计学平均值.（5）透湿性能测评：根据GB/T 12704.2-2009《纺织品织物透湿性实验方法》，采用正杯法测试纤维膜的透湿性能.从电纺膜上各截取6个直径为2.5 cm的圆形试样，向清洁干燥的透湿杯内注入15 mL的蒸馏水.将试样与透湿杯组装好，放入恒温箱（38℃）中的干燥器内.经1 h平衡后迅速称量透湿杯的质量，计为M0（g）；然后将组装好的透湿杯再次放入干燥箱内.经过1 h后，再次对透湿杯进行精确称重，计为M1（g）.透湿量计算公式：式中：Wvt为透湿量（g·m-2·（24 h）-1）；S为测试面积（m2）；t为测试时间（h）.（6）抗渗水性测试：根据GB/T 4744-1997《纺织品织物抗渗水性测定静水压试验》，测试纳米纤维膜的耐静水压值，测试面积为100 cm2，升压速率为600 mm/min.（7）力学性能测试：采用INSTRON-3369型万能强力测试仪测试纤维膜的拉伸性能.取尺寸为20 mm× 150 m m的细长条样品，在温度18℃、相对湿度50%的大气条件下平衡24 h，试样夹持长度50 mm，拉伸速率40 mm/min，每种试样测5组.根据下列公式计算断裂强度和断裂伸长率：式中：σt为断裂强度（MPa）；F为最大负荷（N）；B为试样宽度（mm）；D 为试样厚度（mm）.式中：ε为断裂伸长率（%）；ΔL为拉伸位移（mm）；L为绝对长度（mm）.2.1 FE-SEM分析图1所示为不同质量分数条件下PET电纺膜的SEM电镜图片.纺丝液质量分数与纤维直径的关系如表1所示.由图1和表1可以发现，当纺丝液PET质量分数低于13%时，纤维难以形成，珠丝较多，尤其在9%时，几乎没有纤维.这是由于纺丝液一般都是高粘度的非牛顿流体，当溶液浓度过低时，溶液中的带电离子少，溶液粘度极低，PET大分子链相互作用力较弱，因而射流不稳定，不能维持射流的连续性，易得珠状纤维且直径分布不均匀[14-15].而在纺丝液PET质量分数为15%的条件下，所纺纤维直径分布均匀、纤维成形效果较好，且没有任何粘结现象以及珠丝产生，直径分布范围在200～1 200nm左右，平均直径为483 nm.而随着纺丝液浓度的增加，纤维直径逐渐增加，纤维之间的粘连现象较明显.其纤维直径分布概率直方图如图2所示.2.2 润湿性能分析图3所示为静电纺PET纳米纤维膜的水接触角.通过对比测试得出，PET静电纺纳米纤维膜的接触角大约在110°～120°之间，采用丙酮对纤维膜进行洗涤处理后，静电纺PET纳米纤维膜的接触角平均增加5°左右，表明静电纺PET纳米纤维膜拒水效果明显，具有很好的抗润湿性能，但未做任何改性处理的单组份膜还不能达到超拒水的效果.由于三氟乙酸可溶于水，需用丙酮洗去残留的未挥发完全的三氟乙酸溶剂，使其抗润性能有所增加.2.3 厚度分析不同纺丝时间获得的静电纺PET纳米纤维膜的厚度分析如表2所示.由表2可以发现，采用实验室自制电纺装置，每增加0.5 h纺丝时间，纺制的PET 纳米纤维膜的厚度约可增加30～45 μm左右.然而随着纺丝时间的延长，纤维层铺展逐渐均匀，CV值有所降低.本实验通过测定厚度可以得出一定的厚度增长趋势，为后续的测试提供厚度参考指标.2.4 透气性能分析静电纺PET纳米纤维膜的透气速率如表3所示.由表3可以看出，所纺PET纳米纤维膜在3 kPa压差下的透气速率随着膜厚度的增加而直线下降，波动明显.纺丝时间为2 h时的透气速率可降低到443.4 mm/s.这是因为纺丝时间增加，单位面积上纤维层数增多，纤维之间相互交叉粘结并层层覆盖，纳米纤维膜的屈曲孔径增加而直通孔径逐渐减少，透气性与厚度呈负增长关系.而由于纤维膜的厚度并不均匀，所以测试值的标准差偏大.2.5 透湿性能分析静电纺PET纳米纤维膜的透湿量如表4所示.由表4可以看出，不同纺丝时间的静电纺PET纳米纤维膜的平均透湿量基本上都在2 100～2 400 g/（m2·24 h）之间，厚度对透湿效果的影响并未像对透气效果的影响一样显著，并与传统透湿微孔扩散理论产生矛盾[16].这可能是由于静电纺纳米纤维膜的特性造成的.电纺膜微孔水分子扩散属于努森扩散和过度扩散理论范畴，其分子平均运动自由程控制在10倍孔径以内.虽然纺丝时间增加导致纤维膜层数增多，屈曲孔径增加明显，按照现有的透湿理论则水分子与孔径内壁的碰撞机会也越多，微孔膜的传湿阻力也越大.但是本实验纺制的纳米纤维膜的厚度变化仅在50 μm以下，分子运动自由程虽有增加但非常短.而静电纺纳米纤维膜为杂乱搭接的三维结构，孔隙率高而孔径较小.每个孔径里所含的静止空气非常微少，水蒸汽压相对于每个孔径就显得格外的巨大，易于水蒸汽分子运动.相对于传统织物透湿或微孔膜透湿，内壁造成的传湿阻力影响被减弱，所以透湿量相差不大.而普通微孔膜的透湿量也在1 500～3 500 g/（m2·24 h）左右的范围内[17]，说明静电纺PET纳米纤维膜具有相对较好的透湿性，具有替代微孔透湿膜的潜力.2.6 抗渗水性能分析表5所示为不同纺丝时间纤维膜的耐静水压值.由表5可以得出，纺丝时间为60 min的静电纺PET纳米纤维膜在一滴水渗出后便产生了破裂现象，这与纤维膜厚度薄、断裂强度低有一定关系；而纺丝时间为90 min的静电纺PET纳米纤维膜，虽然完成了测试、没有破裂，但是所测得的静水压值较低，低于纺丝时间为60 min所得纤维膜.产生这种现象主要有以下2个原因：一是因为静电纺纤维膜本身的差异性和不均匀性导致每块膜上都有厚度或强力薄弱点，不可否认在平均厚度较大的纤维膜上存在异常薄的区域；二是因为纺丝时间为60 min的膜在测试时已经破裂，升压速率较大为600 mm/min，在瞬时压力突增导致测试值较大；而纺丝时间为2 h的纳米纤维膜，凭借其强力优势并没有破裂，耐静水压值达到了500 mm.由此表明，静电纺PET纳米纤维膜具有一定的耐静水压性能，厚度增加后，还有可提升的空间.2.7 力学性能分析静电纺PET纤维膜的拉伸力学性能如表6和图4所示.由表6可以发现，随着纺丝时间的增加，静电纺PET纳米纤维膜的平均断裂伸长率减小，平均拉伸位移减小，而断裂强度却随之增强.纺制2 h的纳米纤维膜的断裂强力可达到5.980 MPa.静电纺纳米纤维膜是纤维相互交络紧密排列的集合体，且纤维接收时，溶剂没有完全挥发，纤维相互接触的地方会存在结合点，因此拉伸初始需要一定的外力才能使得纤维移动，至屈服点后，纤维之间交络被打开，结构变动松散，纤维发生滑移，并沿着拉伸方向排列取向，随着拉力增大最后断裂，表现出屈服伸长.PET纤维直径较均匀，结构较紧密，因此断裂强度较大，而滑移较小，断裂伸长率小.而当厚度增加时，单位面积上要拉断的纤维数量急剧增多，断裂强力随之增加.以PET为原料，采用单针头与多针头静电纺丝制得PET纳米纤维膜并对其进行性能测试，结果表明：（1）纺丝液中PET质量分数为15%时，获得的PET纳米纤维直径分布较均匀且细度良好，没有纤维缠结和珠丝产生.（2）所纺电纺膜具有优异的拒水性能，其接触角高达125°，耐静水压值可达500 mm.（3）随着纳米纤维膜厚度的增加，其透气性能有所降低，但是透湿量波动较小，而耐静水压性能却逐渐提高，强力提高明显.实验表明，在一定范围内通过提高纳米纤维膜的厚度，可以提升其抗渗水性和抗张强度而不影响其透湿性.（4）静电纺PET纳米防水透湿纤维膜具有优异的开发潜力.【相关文献】[1]徐阳，王肖娜，杜远之，等.静电和熔融纺丝法对PET纤维表面结构的影响[J].纺织学报，2012，33（9）：1-5.[2]Oerlikon.纺织和非织造行业全球市场研究报告[J].纺织机械，2009（3）：61-62.[3]芦长椿.“十二五”期间国内化纤工业与可持续发展[J].合成纤维，2012，41（1）：5.[4]顾祥万.PET纤维产业现状及发展方向[J].聚酯工业，2012，25（6）：5-7.[5]FORMHALS A.Production of Artificial Fibers from Fiber Forming Liquid：USA，2323025[P].1940-03-08[1943-06-29].[6]吕梦青，曹鼎，石艳，等.静电纺丝PET/PVA复合纳米纤维膜的制备及性能研究[D].北京：北京化工大学，2012.[7]李丽，王娇娜，李从举.静电纺PA6/PET复合膜的制备及其空气过滤性能[J].环境化学，2012，31（10）：1576-1579.[8]MA Zuwei，KOTKI Masaya，YONG Thomas，et al.Surface engineering of electrospun polyethylene terephthalate（PET）nanofibers towards development of a new material for blood vessel engineering[J].Biomaterials，2005（2）：2527-2536.[9]ÖZCAM Evren A，ROSKOV Kristen E，GENZER Jan，et al. 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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。
静电纺丝技术制备纳米纤维的实践与研究
静电纺丝技术制备纳米纤维的实践与研究近年来，随着科技的发展和人类对新材料需求的不断增加，制备出具有优异性能的新材料成为了学术界和工业界研究的热点。
其中，纳米纤维是一种常见的新材料，因其独特的物理、化学、生物学等性质，被广泛应用于医学、电子、能源、环保等领域。
静电纺丝技术是制备纳米纤维常用的一种方法。
本文将对静电纺丝技术制备纳米纤维的实践与研究进行介绍。
一、静电纺丝技术概述静电纺丝技术是利用高电场的作用下，将高分子溶液或熔体从给定的毛细孔中顺利流出，在电场的作用下瞬间成为纳米级的连续纤维。
该技术具有简单、易于操作、成本低廉、制备出来的纳米纤维分散性好、比表面积大、孔隙结构和多孔性好等优点，很适合用于纳米纤维材料的制备。
二、实践应用1.医学领域静电纺丝技术制备的纳米纤维在医学领域中有着广泛的应用。
利用静电纺丝技术制备的生物可降解材料，如聚乳酸、聚酯等高分子材料，可用于制备修复膜、人工皮肤等医学材料。
同时，利用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜还可以作为药物释放系统，以帮助治疗癌症、感染和其他疾病。
此外，静电纺丝技术还可以制备出具有抗菌、抗炎、促进愈合力等特性的纳米纤维材料，可以用于医疗用品的生产。
2.环境保护领域利用静电纺丝技术制备的纳米纤维，在环保领域中也有着重要的应用。
静电纺丝技术制备的高性能纳米纤维可以用于处理污染水和空气等，可制备出高效的吸附材料，如滤纸、空气过滤器、饮水管道等。
此外，纳米纤维材料还可以应用于纳米复合材料、防护材料、热障涂层等方面，降低了环境污染，提升了环保水平。
3.能源领域利用静电纺丝技术制备的纳米纤维在能源领域中也有着广泛的应用。
静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以应用于制备电池、超级电容器、太阳能电池等材料，具有良好的性能。
三、静电纺丝技术的研究进展静电纺丝技术制备纳米纤维的研究已经成为炙手可热的领域，许多研究者对其进行了深入的研究和探讨。
1.高性能材料制备研究者们开始探索利用静电纺丝技术制备出高性能材料。
高效静电纺丝制备纳米纤维的技术研究
高效静电纺丝制备纳米纤维的技术研究随着现代科技发展的迅速进步，纳米材料已经成为一个不可忽视的研究领域。
纳米纤维作为一种高性能的材料，在生物医学、化学工业、能源材料、环境保护等领域得到了广泛的应用。
静电纺丝技术已经成为制备纳米纤维的重要手段之一，其可制备连续、均匀、高性能的纳米纤维。
本文将分析纳米纤维的概念、静电纺丝技术基本原理、静电纺丝纳米纤维的应用和研究进展。
一、纳米纤维的概念纳米纤维是一种直径范围在10-1000纳米之间的纤维材料，巨大的高比表面积使其具有许多特殊的性质，如高比表面积、高比强度、高比保水性和高比吸附能力等。
其物理和化学性质的优秀特性已经在生物医学、领域和基础研究等领域得到了广泛应用。
二、静电纺丝技术基本原理静电纺丝技术是一种重要的纳米纤维制备方法，可以制备高品质的纳米纤维。
该技术主要用于聚合物溶液的纳米纤维制备，其基本原理是将高电压施加于聚合物溶液中，使聚合物溶液从微孔或喷头中喷出，在高电场作用下，聚合物溶液中的分子受到电极的诱导而逐渐凝聚成纤维，形成纤维纳米尺寸。
三、静电纺丝纳米纤维的应用静电纺丝技术制备的纳米纤维因其纤维直径、孔径调控、纤维排列和多孔性能等优势被广泛应用在生物医学、食品包装、过滤材料、传感器、催化剂等领域。
如在生物医学中，静电纺丝纳米纤维应用较为广泛，可用于细胞培养支架材料、组织工程、药物缓释和仿生材料等方面。
此外，针对环境污染和航空航天等领域的特殊性质需求，静电纺丝纳米纤维的应用也得到了更深入的挖掘和延伸。
四、静电纺丝制备纳米纤维技术的研究进展在研究静电纺丝制备纳米纤维技术的过程中，人们通过控制溶液的成分、控制纤维的形状和孔隙等方法，制备出了各种纳米材料。
其中，对于聚合物纳米纤维，通过改变聚合物的性质和分子结构，可以控制纤维的直径、形状和内部孔径。
近年来，还有学者在纳米纤维制备中引入了电纺-喷涂一体化技术、生物制备纳米纤维等新的技术手段，不断拓展纳米纤维的使用领域。
静电纺丝纳米纤维制备与应用研究
静电纺丝纳米纤维制备与应用研究概述静电纺丝纳米纤维技术是一种制备纳米纤维的新型工艺，采用静电场作用使高分子材料形成极细的纤维。
静电纺丝技术具有成本低、工艺简单等优点，因此近年来越来越多的科学家们开始关注这项技术，并积极进行研究，不断拓展其应用领域。
静电纺丝纳米纤维制备静电纺丝是一种无模板、无溶剂的制备技术，仅需在电场作用下使溶液中的高分子溶液不断发生列向伸张、电介质内的带电离子复合结构形成，并引导高分子流体在不同的相空间中逐渐聚合，形成具有高比表面积和纤维形态的纳米材料。
制备过程中，需要考虑材料中高分子浓度、电压、电场强度等因素的影响，从而得到尺寸、结构和物理性能优异的纳米纤维。
静电纺丝纳米纤维应用研究静电纺丝纳米纤维应用广泛，从新能源材料、环保材料到医疗用材料等领域都有其独特的应用价值。
1. 新能源材料静电纺丝纳米纤维可以被用于构建半导体器件、薄膜电池、光伏电池等新型太阳能电池材料，以及燃料电池、锂离子电池等能源转换材料。
静电纺丝纳米纤维的纤维形态和高比表面积具有机械强度高、光催化性能好等特点，可以在新能源材料的研究中发挥积极的作用。
2. 环保材料静电纺丝纳米纤维作为一种绿色材料，可以被用于制备空气、水处理、催化剂等材料。
其中，在空气净化方面，静电纺丝纳米纤维研发的纳米净化器，可以实现水处理、空气处理等方面的智能化、低能耗、高效环保的净化作用。
3. 医疗用材料静电纺丝纳米纤维作为一种生物可降解材料，具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以被用于制备生物材料如绷带、人工器官等医疗用品。
此外，静电纺丝纳米纤维在制备医疗用品时具有材料安全性好、可控性强、防污性好等优点，因此在医疗用材料领域具有广泛的应用前景。
总结静电纺丝纳米纤维是一种具有广泛应用前景的新型技术，不仅在新能源材料方面具有重要作用，也在环保、医疗用材料等领域得到了广泛的应用。
未来，随着科学技术的不断进步和高分子化学等领域理论的不断深入，静电纺丝纳米纤维技术和材料将会得到更大的发展和应用。
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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。
前苏联早在五、六十年代就将静电纺纳米纤维材料应用于工业气体和液体过滤以及食品和药品过滤，并且用于金星周围大气内容物的样本采集，以便对金星大气成分和星球组成进行分析研究。
自2003年起，捷克的Elmarco公司与利伯希大学联合开发了纳米蜘蛛静电纺丝技术，首次在全球实现了静电纺丝设备的工业化，其纳米纤维产品已经商业化用于防护口罩、吸声防噪等领域，带动了全球静电纺丝技术的研发热潮，促进了静电纺丝技术规模化的进一步发展。
杜邦公司已经将静电纺丝技术用于开发聚酰亚胺纳米纤维材料，商品名称为DuPont™Energain®，用于建筑上的防护保温隔膜，可以极大地减少空调能源的浪费；该技术同时可用于电池隔膜，大幅度提高车用动力锂电池性能。
最近几年，欧美日韩等发达国家不惜重金投资支持静电纺纳米纤维材料开发相关的重大研究项目，成果拟用于生物医学、战争防护、和储能媒介等方面，例如药物/生物酶载体、生物传感器、组织工程支架、人造皮肤和假体、防毒面具、生化防护服、特种防护服、超级大电容、动力锂电池隔膜、功能材料以及储能材料（例如储氢）。
静电纺丝法制备纳米纤维技术优势迄今为止，制造纳米纤维的主要方法有：牵伸法、模板聚合法、相分离法、自组装法以及静电纺丝法。
利用模板聚合法、相分离法、自组装法生产纳米纤维的技术目前尚处于实验室研究阶段，不具备规模化生产纳米纤维的技术水平；牵伸法例如熔喷、纺粘非织造法可以规模化、快速生产纳米纤维，但是只适合热塑性聚合物的熔体纺丝，产品品种变换不灵活，且工艺非常复杂，成本高、价格贵，不利于新材料的开发和广泛应用。
除此之外，纳米纤维材料也可以通过闪蒸非织造技术来实现，美国杜邦公司已经利用其独创的闪蒸非织造技术生产聚乙烯基纳米纤维膜，并将产品商业化应用于军用地图、包装材料、信封、灯箱材料等军用或民用领域。
但是，这种闪蒸技术被杜邦公司所垄断，且聚合物品种单一，也不利于新材料的开发和应用。
目前，静电纺丝技术是唯一可以用来规模化生产纳米纤维、且适合于制备各种聚合物纳米纤维的新兴纺丝技术，且静电纺丝技术的特点是其他纳米纤维生产方法所无法比拟的：（1）操作简单，成本低廉，产品种类变换容易；（2）可以根据需要生产纳米纤维或颗粒，也可以生产纳米长丝、纱线或非织造布/薄膜（取向或杂乱）；（3）可以生产单组分纳米纤维，也可以生产皮芯复合双组分纳米纤维；（4）原料适应性广，几乎各种高聚物都可以用静电纺丝技术生产纳米纤维，包括合成高聚物、再生纤维素以及天然高聚物，如各种蛋白质类高聚物（丝素或羊毛蛋白等）；针对热塑性聚合物原料还以采用熔体静电纺丝法来生产纳米纤维；（5）可以将功能性助剂或纳米颗粒以及碳纳米管混在纺丝溶液中，生产耐久性功能整理纳米纤维材料；（6）可采用不同聚合物原料生产不同用途的纳米纤维材料；（7）生产速度比分子自组装、模板聚合和相分离等其他纳米纤维生产方法要快许多，因此最具有工业化生产纳米纤维的潜力；（8）改变静电纺丝过程参数，可以获得具有不同结构和性能的纳米纤维材料，适应不同领域的应用需要。
静电纺丝的单针头装置如图5左上图所示，主要包括纺丝针头、纳米纤维接收器、高压静电发生器和纺丝液供应器等组成；右上图和下图表示静电纺丝过程和泰勒锥的形成。
电纺丝领域主要关注研究的技术方向及国内前沿研究简介目前，笔者比较关注静电纺丝规模化生产技术和工业气体过滤材料、液体过滤材料、电池隔膜材料、创伤敷料以及药物载体材料的开发。
从国内静电纺丝技术的发展来看，静电纺纳米纤维用于高端过滤、电池隔膜、药物控释、人造皮肤、人工透析、细胞培养、纳米胶囊、离子交换膜、水处理、战争毒气防护、生物传感器以及组织工程支架等高端用途正在热研中。
此外，国内正在研究用于检测或过滤微米级细菌（O-157、花粉、螨）及纳米级病毒（SARS、禽流感、猪流感、艾兹）的纳米纤维材料。
国内在纳米纤维材料的开发研究方面近年来取得了很大进展，特别是高性能聚合物基纳米纤维材料的规模化静电纺和商业化应用方面成绩显著，例如聚酰亚胺（PI）和聚偏氟乙烯（PVdF）的规模化静电纺丝技术已经趋于成熟，产品已经分别用于电池隔膜和高温过滤。
在静电纺丝规模化设备技术方面，绝大多数制造商仍然采用传统多针头静电纺丝技术，可以满足实验室研究开发新材料的需要，但是考虑到未来产业化的可能性，还应该着眼于传统多针头静电纺技术的改进以及各种无针头静电纺丝技术的研究。
笔者带领的天津工业大学纳米纤维研究室发明了一种全封闭式离心静电纺丝技术，结合了传统毛细管式静电纺和无针头静电纺的特点，有望实现静电纺丝规模化技术的重大突破。
此外，本项目组利用有限元软件对多针头和无针头静电纺丝过程中场强的大小和分布进行了系统性研究，并提出和验证了提高场强大小及均匀度的有效措施，可使场强大小增加33%～300%倍，同时可实现安全静电纺。
图6为天津工业大学纳米纤维研究室研制的静电纺丝设备和产品图片。
对国内学术界和企业界在相关领域的发展方向之建议国内学术界在静电纺丝技术研究方面绝大多数面向纳米纤维材料的应用研究开发，基本上是利用单针头静电纺丝方法，制备一小块纳米纤维样品，进行相关结构性能测试，进而写篇论文发表或申请一个专利了事，没有从该新型纳米纤维材料的规模化制备甚至工业化生产的远景上做文章，使得很多研究止于实验室研究阶段。
当然，这也和目前我国缺乏规模化静电纺丝技术的深入研究、市售静电纺丝设备无法满足规模化研究需要有直接关系。
国外具备工业化静电纺丝设备开发能力的公司也只有聊聊数家，包括美国的Nanostatics，DuPont，Donaldson，捷克的Elmarco 和韩国的Top Tech以及国内的江西先材和河南三门峡特种膜等公司，但是只有Elmarco公司和Top Tech公司进行大、中型静电纺丝设备的销售，其他几家公司不开展设备营销业务，只生产静电纺丝纳米纤维材料进行销售。
国内外一些小型静电纺丝设备制造商反倒不少，完全可以满足中试水平的静电纺丝技术研究。
图7为韩国TOP TECH公司的静电纺丝示意图及设备图。
捷克的Nafigate公司将纳米纤维膜成功用于水过滤器，其采用NanoSpider TM静电纺丝技术生产的纳米纤维薄膜分别置于熔喷非织造布的上表层和下表层，三层材料通过层压复合技术粘合在一起，形成表面平整的、具有一定强力的过滤膜，过滤后的水达到饮用水标准，且过滤速度快、过滤阻力极小。
目前，静电纺丝技术在国内的高校院所正在迅速展开，形成了燎原之势，凡是和材料相关的专业领域都有人在进行静电纺纳米纤维技术研究，以其利用静电纺丝技术制备出可以在本领域或行业具有潜在应用前景的新型纳米纤维材料，开拓该纳米纤维材料的新应用领域。
但是，国内的企业在静电纺丝技术研究方面却鲜有作为，一直持观望和等待态度，迟迟不愿出手抢占先机，唯恐静电纺丝技术尚不成熟或没有发展潜力，不愿为此付出努力和代价。
笔者和几家国内非织造业界很有名的企业老总就规模化静电纺丝项目进行过接触和洽谈，他们都承认静电纺丝技术的先进性和新颖性，但是都很保守，不愿求新，但求稳定，不愿为静电纺丝技术的发展做出努力和贡献。
实际上，任何没有风险的技术不能称之为新技术；已经被普遍接受和采用、没有风险的技术也没有任何研发价值，上市后的产品也只能成为大众化的廉价商品；只有具有极大的潜在市场价值和一定的风险的新兴技术才会在成功后带给开发者巨大的商业利润和成功的喜悦。
这次在长春举办的第一届全国静电纺丝会议，只有6家企业参会，其中还包括了Elmarco公司在国内的代理Nafigate公司，另有一家是和笔者正在进行静电纺丝项目合作的一家公司。
因此建议深入开展静电纺纳米纤维的规模化制备技术研究，将现有纳米纤维材料开发技术尽快转化成可以批量生产的产品、走向市场应用。
在此问题上，企业应该对高校院所的相关研究起到支持和推动作用，通过校企联合、产学研合作的方式，对静电纺丝相关研究予以优先考虑和资助，促进静电纺丝技术在我国的快速发展，最终带来互惠双赢的结果。
电纺丝产业化前景、进展程度，主要成果及面临的困难随着全球纳米科技产业化的不断推进，静电纺丝技术也得到了较快的发展，静电纺丝理论研究越来越深入，应用范围也越来越广泛。
目前静电纺丝技术还存在纺丝理论不够完善、生产效率较低、纤维结晶度低、纤维之间不粘连因而薄膜机械强度低、溶剂回收等问题需要进一步的研究和解决。
规模化静电纺丝技术和相关静电纺纳米纤维材料早已经在发达国家实现了工业化的应用，而我国在这方面还刚刚起步，正处于研究的初级阶段。
但是，静电纺丝产业化前景非常广阔，因为国外已经有很多公司成为静电纺丝技术工业化的先锋战士，所开发的静电纺丝设备和/或产品已经获得工业化应用，静电纺丝技术工业化的技术瓶颈已经得到突破，特别是近年来多针头静电纺丝技术和无针头静电纺丝技术的发展对静电纺丝技术的产业化起到了至关重要的推进作用，而捷克的纳米蜘蛛无针头静电纺丝技术功不可没。