静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展
211123148_强基、创新、融合，聚焦静电纺丝新发展
Industry 18产业用Industry产业用19可提高强度且保留高孔隙率。
复旦大学高分子科学系教授彭慧胜作《高分子纤维器件的探索与思考》主题报告。
他表示，纤维电子器件的特点主要包括：柔软、弹性、微型、可高度集成；可通过纺织方法编成透气而导湿的织物。
纤维电子器件具有发电、储能、变色、发光、治疗、计算、通讯等几乎所有电子功能。
在可穿戴设备、新能源、信息技术、物联网、人工智能、大健康、空间探测等广泛领域显示了巨大的应用前景。
中国科学技术大学教授余彦作《电纺丝遇到二次电池——从“锂”到“钠”》主题报告，她表示，锂离子电池在清洁能源应用、电动汽车等领域发挥重要作用，但锂资源供应链安全面临威胁，因此长寿命低成本室温钠硫电池发展势在必行。
高比能电极材料是实现高能量密度电池的关键，电纺丝构筑的纳米纤维复合电极能提高导电性，缓解电极体积变化，促进电子及离子的高效迁移传输，缩短离子传输距离，提高反应动力学。
未来电纺丝能促使电池的性能变得更高、更快、更强。
北京化工大学教授杨卫民作《英蓝“彩虹丝”纳米纤维绿色制造技术创新研究进展》主题报告，重点介绍了纳米纤维静电纺技术、聚合物熔体微分静电纺技术创新研究进展及成果应用，针对熔体粘度高、纤维细化难、成膜不均、熔喷细化不足等，提出了相对应的解决方案，并介绍了聚合物熔体微分电纺气流加捻成纱的创新突破。
香港理工大学应用生物及化学技术学系软物质及器件讲座教授郑子剑作《透气可拉伸电子皮肤》主题报告，其团队开发了一种透气可拉伸电子器件，展示了其透气效果和皮肤测试结果。
他指出，该电子器件通过将液态金属涂覆或印刷到弹性织物上制成，其表面会形成一层薄薄的固体氧化物，在整个拉伸过程中，液态金属发生形变形成的多孔、褶皱网格结构，赋予了器件高透气性、超高拉伸性和导电性能。
清华大学化学系教授张莹莹作《蚕丝纤维材料在柔性智能穿戴领域的应用探索》主题报告，介绍了蚕丝功能复合材料，包括静电纺丝原位包覆制备芯鞘结构导电纤维，同轴3D打印制作纳米碳—蚕丝包芯导电纤维，透明、超弹性、离子导电的蚕丝复合纤维，丝胶蛋白—纳米碳材料印刷电子墨水，丝胶蛋白—石墨烯基耐水洗电子织物等工作。
聚合物纳米线的研究进展
聚合物纳米线的研究进展唐知灯（湖南工程学院化学化工学院—湖南湘潭411100）摘要：全面综述了聚合物纳米线的制备方法及研究现状，根据聚合物纳米线的制备机理和实施方法的不同，可以分为静电纺丝法, 模板法，自主装法三种。
本文评述了其研究现状及可能的应用前景。
关键词：纳米线；聚合物纳米线；研究进展。
Advanced in polymer NanowireTangzhideng（Department of Chemistry and Technology, Hunan Institute of Engineering, HunanXiangtan 411100)Abstract：An overview of the latest research metal.It can be distributed electrospinning ,porous template and self-assembly by its diffirent synthesis.The possible applications of such kind of materials in the future were foreeasted．Key words：nanowire polymer Nanowire advanced引言：聚合物纳米线作为一种特殊结构的纳米材料有其特别的性能和用途。
纳米线作为一维纳米材料，是指直径处于10nm～100nm的纳米尺度而长度可迭微米量级的线性纳米材料。
本文将着重评述聚合物纳米线的制备方法及机理、性能以及潜在的应用等。
1 聚合物纳米管的制备方法及原理聚合物纳米线自发现几年来,研究一直在不断深入、完善和创新中。
其主要着眼点在于通过新的制备方法,新的聚合物品种等来开发新的聚合物纳米管,以期寻找新的性能及用途。
综合起来,目前已有的制备方法可分为多孔模板法、线模板法、自组装法等几大类。
现根据目前研究情况,从制备方法及原理的角度归纳如下表,并分述如下:1．1．1静电坊丝法：静电纺丝法是将聚合物溶液或熔体置于几千至上万伏高压电场，带电的聚合物液滴在电场力作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速，克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发固化，最终落在接收装置上，形成类似非织布状的纤维毡(Fig．I)t”。
静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的最新进展
第44卷 第17期 包 装 工 程2023年9月PACKAGING ENGINEERING ·85·收稿日期：2023-05-30静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的最新进展宋旭玲，彭伟卿，张叶，许贝，罗懿，栗剑锋，赵辉，段青山*（广西大学 轻工与食品工程学院，南宁 530004）摘要：目的 静电纺丝纳米纤维因具有可定制的微纳结构、高的比表面积和孔隙率等优点，在摩擦纳米发电机（TENG ）领域应用广泛，归纳总结静电纺丝纳米纤维的最新进展对TENG 发展具有重要意义。
方法 本文系统介绍静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的发展和特点，重点描述基于静电纺丝纳米纤维摩擦电材料的TENG 在不同场景中的应用。
结果 静电纺丝纳米纤维材料因制备方便、电性能好及可扩展性好等独特优势，在TENG 中应用广泛。
结论 利用静电纺丝纳米纤维作为TENG 摩擦电材料，在能量收集、自供电传感器及可穿戴电子等方面具有很大应用前景，未来可拓展到智能包装与印刷等领域。
关键词：摩擦纳米发电机；静电纺丝；摩擦电材料；纳米纤维中图分类号：TB484.9 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)17-0085-11 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.17.011Recent Advances in Electrospun Nanofiber Triboelectric MaterialsSONG Xu-ling , PENG Wei-qing , ZHANG Ye , XU Bei , LUO Yi, LI Jian-feng ,ZHAO Hui , DUAN Qing-shan *(School of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China)ABSTRACT: Electrospun nanofibers have been widely used in triboelectric nanogenerators (TENGs) due to their custo-mizable micro-nano structures, high specific surface area, and porosity. It is of great significance to summarize the recent advances of electrospun nanofibers for the development of TENGs. Herein, the development and characteristics of elec-trospun nanofiber triboelectric materials were systematically introduced, and the applications of TENGs prepared by electrospun nanofibers in different fields were emphatically described. Electrospun nanofiber materials were broadly uti-lized in TENGs owing to their unique advantages, such as convenient preparation, superior electrical properties, and ex-pansibility. Hence, it has promising application prospects to prepare electrospun nanofibers triboelectric materials for TENGs in energy harvesting, self-powered sensors, and wearable electronics, which will be expanded to intelligent pack-aging, printing and other fields in the future.KEY WORDS: triboelectric nanogenerator; electrospinning; triboelectric materials; nanofibers随着科学技术的快速发展，人们对能源的需求持续增加，如何充分利用自然资源获取能量愈发受到人们的重视。
静电纺丝方法制备催化剂的原理
静电纺丝方法制备催化剂的原理【原创版4篇】《静电纺丝方法制备催化剂的原理》篇1静电纺丝是一种常用的催化剂制备方法，其原理可以简单概括为以下几点：1. 聚合物溶液的制备：将所需的聚合物材料溶解在适当的溶剂中，制成聚合物溶液。
2. 静电纺丝过程：将聚合物溶液滴入静电纺丝机中，通过高压电场的作用，将聚合物溶液拉伸成细纤维。
在这个过程中，溶剂会逐渐挥发，使得纤维逐渐固化。
3. 催化剂的制备：在静电纺丝过程中，可以在聚合物溶液中添加适量的催化剂，如金属离子、氧化物等。
这些催化剂会随着聚合物溶液的拉伸和固化，被均匀地分布在纤维中。
4. 催化剂的活性：制备出的催化剂纤维具有较高的表面积和孔隙率，因此具有较好的催化活性。
此外，由于催化剂在纤维中的分布均匀，因此可以实现高效的催化反应。
《静电纺丝方法制备催化剂的原理》篇2静电纺丝是一种常用的催化剂制备方法，其原理可以简单概括为以下几点：1. 静电纺丝是一种通过高压电场将聚合物溶液或熔体喷射成纤维的方法。
在静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被带上高压静电，然后在电场力的作用下喷射成纤维。
2. 制备催化剂时，可以在聚合物溶液或熔体中添加催化剂颗粒，然后通过静电纺丝将催化剂颗粒均匀地分布在纤维中。
由于催化剂颗粒在纤维中的分布是均匀的，因此可以提高催化剂的效率和稳定性。
3. 静电纺丝法制备催化剂的优点在于可以制备出高质量、纯度高、分散性好的催化剂。
此外，该方法还可以实现催化剂的尺寸和形状控制，从而优化催化剂的性能。
《静电纺丝方法制备催化剂的原理》篇3静电纺丝是一种通过高压静电场将聚合物溶液或熔体纺丝成纤维的方法。
在静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被带上高压静电，然后在电场力的作用下被拉伸成纤维状物质。
静电纺丝技术可以制备出一维纳米结构材料，是目前纳米材料制备的重要方法之一。
影响静电纺丝效果的因素包括聚合物溶液的粘度、电场强度、喷嘴直径、溶剂挥发速度等。
《静电纺丝方法制备催化剂的原理》篇4静电纺丝是一种通过高压静电场将聚合物溶液或熔体喷射成纤维的方法。
静电纺丝——Electrospinning
材料合成化学
中国科学技术大学
工作原理 (3)射流（纤维束）的固化
/ShowNewsID.asp?ID=3381
固化过程
材料合成化学
中国科学技术大学
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发展历史 工作原理 装置设备 影响因素 应用领域
材料合成化学
中国科学技术大学
材料合成化学
中国科学技术大学
总结与展望
1静电纺丝技术可以制备出直径纳米 级别，长度是直径一千倍以上，无 团聚，比表面积大的一维纳米线 2一维纳米线组合、缠绕，形成了三 维无纺布结构 3目前已经涉及其中包括锂离子电池， 生物材料，电子传感器以及滤膜的 技术应用的开发，但仍然有很长的 路要走，譬如前驱体溶液的选择与 制备，膜的表面形貌更加精确控制
中国科学技术大学
制备Li-O2电池正极材料
http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr2009022 4/pr20090224.html
虚线框中。 放电后生成的绝缘 的不溶解的Li2O2沉 积在正极材料表面 严重的极化、电子 电导率低
湿度
纺丝室气流速度
材料合成化学
中国科学技术大学
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发展历史 工作原理 装置设备 影响因素 应用领域
材料合成化学
中国科学技术大学
应用
自牺牲模 板
锂-空 气电池
纳米纤维 增强复合 材料
电子器件
生物材 料
静电 纺丝
过滤材 料
酶和催化 剂的支撑 体
光电材料
传感器
纳米纤维 膜和智能 布料
材料合成化学
中国科学技术大学
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发展历史 工作原理 装置设备 影响因素 应用领域
静电纺丝纳米纤维基吸声材料的研究进展
静电纺丝纳米纤维基吸声材料的研究进展作者：李箫，刘元军，赵晓明来源：《现代纺织技术》2022年第05期摘要：噪声污染严重危害着人们的生理和心理健康，静电纺丝纳米纤维材料是优良的吸声降噪材料。
基于此，针对静电纺丝纳米纤维基吸声材料展开综述。
阐述了静电纺丝纳米纤维材料被广泛应用于吸声领域的原因：静电纺丝技术设备简单、原料丰富、工艺可控且成本低廉，纳米纤维材料具有高比表面积、高孔隙率的吸声特征;简述了该材料的吸声原理、影响因素和测试方法;综合论述了基于静电纺丝纳米纤维改善材料吸声性能的3种方式：复合结构、材料改性和静电纺丝纳米纤维气凝胶。
关键词：静电纺丝;纳米纤维材料;吸声性能;吸声材料;复合结构中图分类号：TS151文献标志码：A文章编号：1009-265X（2022）05-0246-13Research progress of electrospinning nanofiber-based sound-absorbing materialsLI Xiaoa， LIU Yuanjuna，b，c， ZHAO Xiaominga，b，c（a.College of Textile Science and Engineering; b.Tianjin Key Laboratory of Advanced TextileComposites; c.Tianjin Key Laboratory of Advanced Fiber and Energy Storage Technology，Tiangong University， Tianjin 300387， China）Abstract： Noise pollution is a serious threat to people's physical and mental health. Electrospinning nanofiber materials are excellent sound-absorbing and noise-reducing materials. Based on this， a review of electrospinning nanofiber-based sound-absorbing materials is launched. First， the reason why electrospinning nanofiber materials are widely used in the field of sound absorption is explained： electrospinning technology involves simple equipment， abundant raw materials， controllable technology and low cost. Nanofiber materials have the sound absorption characteristics of high specific surface area and high porosity. Secondly， the authors briefly describe the sound absorption principle， influencing factors and test methods of the materials. Finally， the authors have a comprehensive discussion of three ways to improve the sound absorption performance of materials based on electrospinning nanofibers：composite structure， material modification and electrospinning nanofiber aerogels.Key words： electrospinning; nanofiber materials; sound absorption performance; acoustic materials; composite structure聲音是人们与这个世界对话的一种方式，声学环境是人们日常生活环境中一个不可缺少的组成部分。
electrospinning
电纺
前驱体纤维
热处理
A
前驱体纤维
B
ZnO纳米纤ZnO纤维(HRTEM)
氧化锌纳米纤维的电纺丝制备. (A) PVA/ZnAc2复合纤维，以及氧化 锌纳米线的(B)扫描电镜；(C)透射电镜；(D)高分辨透射电镜照片
电纺丝制备功能陶瓷纳米纤维
* *
Intensity (a.u.)
取向的PVA/ZnAc2纳米线（左图）和氧 化锌纳米线（右图）
电纺丝纳米线组装晶体管
电纺丝法组装的纳米线晶体管结构示意图
电纺丝纳米线组装晶体管
电纺丝法制备和组 装的CuO纳米线晶 体管（左上图）及 其电学性能。
电纺丝纳米线组装晶体管
电纺丝法制备和组 装的ZnO纳米线场 效应晶体管（左上 图）及其电学性能。 该器件可望被作为 基本元件被用于纳 米电子器件，并可 望被应用于气敏传 感器和紫外光敏感 元器件。
均匀、连续的氧化铜、氧化镍、氧化铁及氧化铝掺杂氧化锌纳米线同样可以 通过电纺丝法制备。
Fe2O3 纳米线
Al2O3-ZnO 纳米线
电纺丝制备金属纳米纤维
电纺丝制备金属纳米纤维
过渡金属纳米线可以通过对电纺丝氧化 物纳米纤维的还原反应制备。
CuO ＋ H2 NiO ＋ H2
Fe2O3 ＋ 3H2
H2O + Cu H2O + Ni
电纺丝制备的铁纳米纤维
电纺丝制备金属纳米纤维
电纺丝制备的银、NiO复合纳米纤维
NiO Ag
电纺丝组装和排列纳米纤维
电纺丝组装纳米纤维
通过对接受装置的改装， 电纺丝法可以方便的收集 到取向的纳米纤维阵列。
电纺丝纳米纤维的应用
电纺丝组装纳米纤维
通过改装纺丝设备，减小收集装置与喷射 针头的距离，可以在针头与接受板之间收 集到取向的纳米线阵列。
静电纺丝又称为电纺丝,在1934年首先由Formhals[2]提出
静电纺丝法制备纳米纤维及成纱研究进展董雅婕（武汉纺织大学机械学院）摘要：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，目前，静电纺丝纳米纤维在过滤材料、药物传递、伤口防护、骨架组织工程、航空航天及燃料电池材料等其他领域都有广泛的应用，甚至在生物医学、传感器以及其他特殊领域都有着良好的应用前景。
本文介绍了静电纺成纱原理及其影响因素，概括了国内外静电纺纳米纤维纱成纱装置的进展，以及静电纺丝纳米纤维的应用现状。
预计未来随着静电纺丝技术从实验室走向车间生产流水线，静电纺丝纳米纤维将会得到更加广泛的推广和应用。
关键词：静电纺丝；纳米纤维纱；成纱装置0 引言静电纺丝又称为电纺丝，在1934 年首先由Formhals[1,2]提出该技术并申请了专利，报道了高压静电场纺丝，当时并没有引起人们的注意。
但是，随着纳米纤维研究的迅速升温，高压静电场纺丝技术又引起了人们对其深入研究的兴趣。
目前，合成纳米纤维的方法很多，例如：分相法[3]，自组装法[4]，抽丝法[5]，模板合成法[6]等。
分相法，又称相分离法，主要机理是通过两相的物理不相容性来实现，溶剂相被萃取出来，剩下另一相。
该方法对设备要求低，可直接制备纳米纤维基质，但该方法局限于特定聚合物。
自组装法的主要机理是分子间的力将小的分子结构单元组装在一起，形成纳米纤维，大分子纳米纤维的形状取决于小分子结构单元的形状。
该方法易于获得较细的纳米纤维，但其过程复杂。
抽丝法是通过显微控制器来控制一个直径为几微米的微型吸液管牵伸液滴来实现的。
该方法对设备要求最低，缺点是其加工过程不连续。
模板合成法指的是利用模板或模具获得所需的材料或结构。
该方法的优点在于使用模板不同，可以得到不同直径的纤维。
相对于前面所述几种纳米纤维的制造方法，静电纺丝法是一种简单有效制备纳米纤维的方法，其制造装置简单，纺丝成本低廉，能够制备长尺寸的、成分多样化的、直径分布均匀的纳米纤维，而且可以适用于大部分聚合物的连续电纺，到目前为止，已经报道的已经大约有100多种聚合物利用静电纺丝技术制备超细或者纳米纤维[7]。
静电纺丝
静电纺丝技术的应用及其发展前景材料成型09-3 陈桂宏 14095543“静电纺丝”一词来源于“electrospinning”或更早一些的“electrostaticspinning”,国内一般简称为“静电纺”、“电纺”等等。
早在上世纪30年代就有人在电纺技术上申请了一系列的专利，是人们早已知晓的一项技术。
1934年，Formalas发明了用静电力制备聚合物纤维的实验装置并申请了专利，其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流，这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利，被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。
但是，由于静电纺丝的可生产性较低，并没有引起人们的注意，直到近十年，由纳米技术的迅速发展，静电纺丝才再次引起世界各国研究学者的关注，并逐渐成为世界上用得到的最普遍生产纳米纤维的方法。
通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。
静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。
图 1 静电纺丝装置图1 静电纺丝技术原理及影响因素静电纺丝的基本原理是:聚合物溶液或熔体在高压静电的作用下,会在喷丝口处形成 Taylor锥,当电场强度达到一个临界值时,电场力就能克服液体的表面张力, 在喷丝口处形成一股带电的喷射流。
喷射过程中, 由于喷射流的表面积急速增大, 溶剂挥发, 纤维固化并无序状排列于收集装置上 ,从而得到我们需要的纳米纤维, 其装置图如图 1 所示。
电纺技术制备的纤维直径可以在数十纳米到数百纳米之间。
到目前为止, 已经报道有大约 100种聚合物利用静电纺丝技术制备出超细纳米纤维。
静电纺丝法的许多工艺参数相互密切联系,决定了纤维的直径大小和纤维的均匀性等性质。
影响静电纺丝过程的因素主要有两个方面, 一是溶液的性质,包括溶液粘度, 表面张力等; 二是电纺设备参数, 如外加电压, 收集装置之间的距离等。
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景要点
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景引言：术语“电纺”来源于“静电纺丝”。
虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。
1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。
1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。
1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。
1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。
1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。
自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。
采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。
目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。
这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。
本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。
同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。
1静电纺丝的基本原理在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。
在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。
当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。
而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。
喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。
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静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展＊
徐红梅１，２，李 瑞１，杨光成１，裴重华２
（１ 中国工程物理研究院化工材料研究所，绵阳６２１９００；２ 西南科技大学材料科学与工程学院，绵阳６２１０１０）摘要
静电纺丝法是在强电场作用下将聚合物溶液或熔体转化为微、纳米结构材料的一种简单有效的方法
。
通过共混或与传统的溶胶－凝胶法相结合，制备了实心、中空、多孔等多种纳米结构金属氧化物。系统地阐述了近年来利用静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展。关键词
静电纺丝 金属氧化物 纳米结构
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅｓ Ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ
ＸＵ Ｈｏｎｇｍｅｉ １，２，ＬＩ Ｒｕｉ １，ＹＡＮＧ Ｇｕａｎｇｃｈｅｎｇ１，ＰＥＩ Ｃｈｏｎｇｈｕａ２（１ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈｉｎａ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１９００；２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｖｅｒｔｓ ｔｈｅ ｐｏｌｙ－
ｍｅｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｒ ｍｅｌｔｓ ｉｎｔｏ ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｓｔｒｏｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ．Ｓｏｌｉｄ，ｈｏｌｌｏｗ，ｐｏｒｏｕｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ ｂｙ ｔｈｅ ｂｌｅｎｄ ｓｐｉｎｎｉｎｇ ｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｆａｂｒｉ－
ｃａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ，ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅｓ，ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
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国家自然基金（１１００２１２８）
徐红梅：女，１９８７年生，硕士研究生 Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｈｏｎｇｍｅｉ４２＠ｍｓｎ．ｃｎ 杨光成：通讯作者，副研究员 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｇｃｈｅｎｇ＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
２０世纪９０年代以来，以新一代量子器件和纳米结构器件为背景的纳米结构设计与合成成为纳米材料研究的新热点，特别是纳米结构组装体系的研究更是吸引了国内外科学工作者的关注［１］。由于纳米结构金属氧化物与纳米电子器件、微型传感器密切相关，且在光学、电学、磁学、催化等方面具有广阔的应用前景，于是研究者们不断努力地制备各种新型纳米结构材料，如纳米纤维［２］、纳米管［３］、纳米多孔结构［４］、纳米树状结构［５］等。静电纺丝法提供了一种操作简单、成本低、效率高的制备纳米结构金属氧化物的方法［６，７］。本文系统地阐述了近年来利用静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展。１ 静电纺丝的基本原理早在１９３４年，美国Ｆｏｒｍａｌｓ［８］就设计了一套利用聚合物溶液在强电场下进行喷射纺丝加工的装置，并申请了第一项关于电纺丝加工的专利，且成功地纺制出醋酸纤维素微纳米纤维。现今静电纺丝技术虽然有了很大的发展，但其基本构想仍然沿袭了这一原理———使带电的高分子溶液或熔体在高压静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质。静电纺丝装置主要由３部分组成：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置，如图１所示［６］。将高分子溶液或熔体注入到注射器中，然后调节高压装置，在喷嘴和接收装置之间加上高压静电，使溶液和接收装置之间形成高压电场。前驱体溶液在重力作用下在喷嘴口形成悬浮液滴，当电场力达到足以克服其表面张力时，液滴表面开始形成圆锥状喷射细流（这个圆锥称为泰勒锥［９］）。
这些细
流经不稳定拉伸形成了长而细的纤维；随着细流的不断拉长和溶剂的不断挥发，细流不断固化，最终在接收装置上形成纳米结构材料。
图１ 静电纺丝实验装置图Ｆｉｇ．１ Ａ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｓｅｔｕｐ ｆｏｒ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ影响静电纺丝制备纳米结构材料的因素主要有两方面［１０］：一是溶液自身的性质，如聚合物分子量范围、
溶液浓
度、粘度、表面张力、溶剂、导电率等；二是纺丝设备参数，如电压、进样速度、接收距离、温度、湿度等。
·０１·材料导报
２０１２年５月第２６卷专辑１９２
静电纺丝法制备金属氧化物的形貌结构研究
传统意义上，静电纺丝技术主要用于制备纳米结构高分子材料，而单纯的无机体系在溶液或熔融状态下很难达到静电纺丝法所需的粘度要求，因而难以制备纳米结构无机材料。然而，研究者将无机体系加入到高分子聚合物中，结合溶胶－凝胶法［１１］，已经成功地制备出多种金属氧化物，如二元（ＴｉＯ２［１２，１３］、ＳｎＯ２［１４］、ＷＯ３［１５］、Ｃｏ３Ｏ４［１６］、ＣｕＯ［１７］、Ｆｅ２Ｏ３［１８］、ＺｎＯ［２，１９］、Ｉｎ２Ｏ３［２０］、ＭｏＯ３［２１］、Ｖ２Ｏ５［２２］、ＮｉＯ［２３］及一些稀土氧化物［２４－２６］）、三元（ＳｎＯ２－ＴｉＯ２［２７］、Ｉｎ２Ｏ３－ＳｎＯ２［２８］、ＳｎＯ２－ＺｎＯ［２９］、Ｖ２Ｏ５－ＴｉＯ２［３０］）、四元（ＰｂＺｒ１－ｘＴｉｘＯ３［３１］、ＹＢａ２－Ｃｕ３Ｏ７［３２］）以及一些掺杂纳米复合物（ＺｎＯ掺杂Ｃｏ［３３］、ＳｎＯ２掺杂ＺｒＯ２［３４］、ＳｎＯ２掺杂ＫＣｌ［３５］以及ＴｉＯ２掺杂ＬｉＣｌ［３６］）等。用静电纺丝法制备金属氧化物的突出优点是可以得到形貌可控的各种纳米结构材料，如纳米纤维、纳米多孔结构、纳米管等。２．１ 纳米纤维静电纺丝法制备的纳米纤维具有连续、比表面积大的特点，使得制备出的金属氧化物纳米纤维具有更优越的性能。Ｐ．Ｋ．Ｐａｎｄａ等［３７］采用聚氧乙烯（ＰＥＯ）或聚乙烯醇（ＰＶＡ）作为高分子前驱体，硝酸铝或醋酸铝作为氧化铝前驱体，制备出高比表面积的纳米氧化铝纤维，使得氧化铝在吸附／解附有毒重金属离子（如砷）领域得以广泛应用。图２是醋酸铝／聚乙烯醇前驱体纺丝纤维经９００℃热处理后所得到的Ａｌ２Ｏ３纳米纤维的ＳＥＭ图［３７］。图２ ９００℃热处理后Ａｌ２Ｏ３纳米纤维的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｐｉｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎａ ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ ｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄ ａｔ ９００℃２．２ 纳米多孔结构静电纺丝法制备的纳米多孔金属氧化物比表面积比纳米纤维更大，在电极材料、传感器、表面催化等方面的应用更具优越性。Ｙ．Ｊ．Ｑｉｕ等［４］采用模板法制备了孔径分别为５～２０ｎｍ、５０～１００ｎｍ的氧化镍和氧化锌纳米多孔结构材料（如图３所示）。同时，ＥＤＸ和ＸＲＤ表明，这种方法制备的ＮｉＯ和ＺｎＯ纯度很高。２．３ 纳米管纳米管在催化、净化、分离、气体储存、能量转化、药物缓释、传感器等领域有广泛的应用。Ｄ．Ｌｉ等［３］第一次用同轴静电纺丝法制备了直径为２００～５００ｎｍ的ＴｉＯ２纳米管。他们用重矿物油和含Ｔｉ成分的前驱体溶液分别作纤维的核和壳，然后用辛烷溶去内层油相，进行适当的热处理后就得到了ＴｉＯ２纳米管（ＳＥＭ图见图４（ａ
））。随后，其他研究小组也
相继制备出Ｆｅ
２Ｏ３、ＬｉＣｏＯ２、ＶＯ２
、ＭｇＯ（ＳＥＭ图见图４（ｂ））、
ＣｕＯ等金属氧化物纳米管［３８－４３］。
另外，Ｋ．Ｔ．Ｎａｍ等［４４］以ＰＡＮ为模板，结合水热法在Ａｌ２Ｏ３纳米管周围形成了Ａｌ２Ｏ３
纳米片，进一步增加了
Ａｌ２Ｏ３纳米管的比表面积。要获得这样１ＤＡｌ２Ｏ３
纳米管有
两个很重要的实验参数，即温度和加热时间。图５是ＰＡＮ
／
Ａｌ纤维煅烧后的高倍ＳＥＭ图，孔的直径约２００ｎｍ［４４］。
图５ ＰＡＮ／
Ａｌ纤维煅烧后的高倍ＳＥＭ图
Ｆｉｇ．５ Ｈｉｇｈ－ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＦＥＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｎｅｄｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ ＰＡＮ／Ａｌ ｆｏｉｌ
２．４
纳米树状结构
近几年来，尺寸、形貌和组成可控的纳米分层结构合成越来越受到关注。希望复杂分层结构能呈现新的功能，对先进装置、系统的发展具有十分重要的意义。Ｄ．Ｌｉ等［５］制备出
·１１·静电纺丝法制备纳米结构金属氧化物的研究进展／徐红梅等不同形貌的金属纳米粒子，并将其沉积在ＴｉＯ２纳米纤维上，然后通过光催化还原得到金属／氧化物的树状结构。随后，他们［３０］通过静电纺丝法制备出纳米棒－纳米纤维的树状Ｖ２Ｏ５／ＴｉＯ２纳米结构，发现Ｖ２Ｏ５纳米棒的形状和尺寸与ＴｉＯ２含量、ＴｉＯ２纳米粒子粒径及晶形、煅烧条件有很大关系。在ＴｉＯ２中加入Ｔａ２Ｏ５会促进ＴｉＯ２结晶化并由锐钛矿相转到金红石相，使得纤维表面光滑，Ｖ２Ｏ５纳米棒细而长［３０］（如图６所示）。图６ Ｖ２Ｏ５－ＴｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．６ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ Ｖ２Ｏ５－ＴｉＯ２－Ｔａ２Ｏ５２．５ 纳米电缆结构王进贤等［４５］采用同轴静电纺丝技术，以氧化钇、氧化铕、正硅酸乙酯（Ｃ８Ｈ２０Ｏ４Ｓｉ）、无水乙醇、ＰＶＰ和ＤＭＦ为原料，成功制备出大量Ｙ２Ｏ３∶Ｅｕ３＋＠ＳｉＯ２豆角状纳米电缆（见图７）。所制备的纳米电缆内部为球状结构，沿着纤维长度方向有序排列，形貌均一。图７ 豆角状Ｙ２Ｏ３∶Ｅｕ３＋＠ＳｉＯ２纳米电缆的ＴＥＭ图（８００℃）Ｆｉｇ．７ ＴＥＭ ｉｍａｇｅ ｏｆ Ｙ２Ｏ３∶Ｅｕ３＋＠ＳｉＯ２ｙａｒｄ－ｌｏｎｇ－ｂｅａｎ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｎａｎｏｃａｂｌｅｓ（８００℃）２．６ 纳米蜂窝结构Ｙ．Ｊ．Ｑｉｕ等［４６］采用静电纺丝模板法制备出具有半圆形沟槽的ＮｉＯ蜂窝结构（见图８）。这种金属氧化物蜂窝结构的蜂窝孔径取决于纤维模板中乱层堆积的ＰＡＮ纤维之间的空隙，范围在０．６～３．０μｍ；半圆形沟槽是由ＰＡＮ纤维被完全脱除后留下的空穴产生的，其宽度由ＰＡＮ纤维直径决定，范围在１００～２００ｎｍ。这种金属氧化物蜂窝结构是一种新型的多孔结构，会导致ＮｉＯ纳米材料具有较低的质量密度和较高的孔隙数，从而提高其催化特性，使其在表面催化等领域具有特殊的应用前景。
图８ ＰＡＮ纳米纤维网（ａ）、ＮｉＯ蜂窝结构（ｂ）的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．８ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＰＡＮ ｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓ ｗｅｂｓ（ａ）ａｎｄ ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ－ｌｉｋｅ ＮｉＯ（ｂ）