高效无针静电纺丝研究进展
静电纺丝技术的原理及应用前景
静电纺丝技术的原理及应用前景随着时代的发展，科技的不断进步，纺织工业也不断得到新的提升，其中静电纺丝技术是近年来突破性的技术之一。
静电纺丝是一种新型的材料制备方法，这种方法可以制备出极细的纤维，具有应用前景广阔。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝是指通过高压电场将高分子材料纤维化的一种方法，其原理是利用电场的力量将聚合物液滴从尖端拉伸，喷到距离高压电极的距离处，同时在喷雾丝所在的电场下强制拉伸成纤维形状。
这种方法可以制备出直径从几纳米到几微米的纳米级纤维。
在静电纺丝技术中，原料物质首先通过溶液的形式送入静电纺丝装置中。
将溶液注入静电喷射电极中，当喷出的溶液滴遇到高压静电场时，液滴表面产生了电荷，由于同性相斥，液滴表面会产生一种电势差，从而导致溶液滴的形成变成了锥状，直至其顶端形成了一个纤维化的喷嘴。
当荷电的液滴通过电场的作用被拉伸时，产生了“喷点”对应的“收点”，在喷点到收点之间产生了电张力，从而拉伸液滴，形成如丝质般的超细纤维。
二、静电纺丝技术的应用前景1. 医疗卫生领域静电纺丝技术在医疗卫生领域的广泛应用。
由于其制备的纤维可模拟自然生物纤维的结构，因而制得产品具有很好的生物有效性，可以用作人工血管、人工血小板、人工心脏瓣膜、骨结构支架等等。
也可以制备用于防疫物资、医疗包装、医用敷贴等等。
2. 纺织领域静电纺丝技术在纺织领域是一种绿色技术。
传统的纺织产品采用有机溶剂、洗涤液等，会产生大量的有害气体和废液，造成严重的环境问题，而静电纺丝可以在无需溶剂的情况下将纤维化，不会污染环境，符合绿色可持续发展的理念。
由于其优秀的性能，静电纺丝技术的应用在穿戴、防守装备、运动装备等方面具有广阔的前景。
3. 能源领域静电纺丝技术可以制备高性能的锂离子电池、超级电容器等能源材料。
新型锂电池具有高比能量、长循环寿命、快速充放电等特点，已经成为电动汽车、移动设备等新型电源的首选。
静电纺丝技术可以制备纳米级、微米级的无序三维材料结构,极大提高了锂离子电池和超级电容器电极的电荷传递速率。
静电纺丝的制备与发展
其次，作为静电纺纳米纤维全新的研究领域—纳米蛛网的研 究还在初期阶段，纳米蛛网的形成过程的理论分析和模型建立 尚需深入研究。此外，要想提高静电纺纤维膜在超精细过滤领 域的应用性能，就必须降低纤维的直径，如何将纤维平均直径 降低到20nm以下是静电纺丝技术面临的一个挑战；要想提高 纤维在传感器、催化等领域的应用性能，通过制备具有多孔或 中空结构的纳米纤维来提高纤维的比表面积是一种有效方法， 但仍需进一步的研究。
如何制备出适合需要的、高性能、多功能的复合纳米纤维是研究的关键。 此外，静电纺无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高 温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等多个领域具有 潜在的用途，但是，静电纺无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和 范围，因此，开发具有柔韧性、连续性的无机纤维是一个重要的课题。
静电纺丝的原理
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶 液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。在电场作用下 ，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥” ），并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。这种方式可 以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
图1-1 静电纺丝原理图
静电纺丝的现状
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。静电纺丝并以其制造装置简单、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。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维， 包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。然而，利用静电纺丝技术制备 纳米纤维还面临一些需要解决的问题。首先，在制备有机纳米纤维方面， 用于静电纺丝的天然高分子品种还十分有限，对所得产品结构和性能的研 究不够完善，最终产品的应用大都只处于实验阶段，尤其是这些产品的产 业化生产还存在较大的问题。其次，静电纺有机/无机复合纳米纤维的性能 不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合 物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等有关。
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。
针对纳米纤维制备的静电纺丝技术研究进展
２１ Байду номын сангаас２年 ３月
广 东工 业大 学学报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａ ｇ ｏ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＧｕ ｎ ｄ ｎ ｉｅ ｓｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ
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纳米纤 维 毡 ＿ ， ９ 电纺过 程 如 图 １所示 ． 。
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维 最多 ． 而对 于 喷 向孔 中问 位 置 的 纳米 纤 维 受 到 三 角形 边 和顶 点上 的 电荷 吸 附后 向三 角形 的顶 点 处 运 动， 因此 在 三角 形 中 间位 置 也 就 基本 上 没 有 纳 米纤 维 ．０ ９年 ， ｈ ｎ 利用 上 述 方 法 ， 用 点 化 布 ２０ Ｚ ａｇＫ 使 局接 收 板 ， 成功 得到 了 图案化 的纳米 纤维 沉 积 ， 也 如 图 ２所 示 ． 过 改 变接 收板 的形 状 以至 于改 变 边 际 通
２ １ ２ 空 间辅 助 电场 控 制 沉 积 技 术 ． ．
图 １ 静 电纺 丝原 理 示 意 图 以及 泰 勒 锥 形 成
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静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维膜的研究
静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维膜的研究聚合物纳米纤维膜是一种新型的材料，由于其具有优异的物理和化学性质而受到越来越多的关注。
目前，研究人员开展了大量的工作，以开发制备这种材料的新方法。
静电纺丝技术是一种被广泛应用于聚合物纳米纤维膜制备的方法。
该方法以高压静电场为驱动力，通过将聚合物分子从液态转变为固态，从而制备具有纳米级尺度的聚合物纤维。
本文将介绍静电纺丝技术制备聚合物纳米纤维膜的原理、优点以及应用。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是指将含有聚合物溶液的“滴”，通过高压静电场的作用，使溶液从液态转变为纳米级尺度的聚合物纤维的过程。
该技术涉及两个相反的过程：传输和荷电。
在传输过程中，溶液从喷嘴中被喷出，形成溶液“滴”，然后通过高压静电场的作用，这些滴获得了荷电，移动到地面或由电极吸附。
在荷电过程中，因为这些荷电粒子被静电力所吸引，所以它们沿着高压电极向下运动。
当这些荷电粒子接近到一定距离，它们之间的静电引力就足以克服表面张力，形成纳米级尺度的聚合物纤维。
二、静电纺丝技术的优点制备聚合物纳米纤维膜的传统方法包括溶液浸渍、熔融拉伸等技术，但这些方法都存在着一些局限性，如工艺复杂、成本高等。
相比之下，静电纺丝技术具有如下优点：1.高效性：该技术可在较短时间内制备大量的纳米级聚合物纤维，并可实现连续性生产。
2.灵活性：静电纺丝技术可以制备出不同形态、大小和形状的聚合物纳米纤维。
3.高质量：该技术制备的聚合物纳米纤维具有高度纯度、尺寸一致性好和结构紧密等特点，使其应用广泛。
三、聚合物纳米纤维膜的应用聚合物纳米纤维膜由于其纳米级尺度的尺寸和优良的物理化学性质，在多个领域中都有着广泛的应用。
下面简要介绍其主要应用领域。
1.过滤和分离领域：聚合物纳米纤维膜由于其纤维间距非常小，同样尺寸的纳米级颗粒、蛋白质等大分子物质可以被过滤掉，这使其在液体过滤和气体过滤领域有广泛的应用。
2.生物医学领域：在不同细胞之间建造三维聚合物纳米纤维膜支架，使得细胞能够依附并形成新的组织，有利于修复受损的组织和器官。
静电纺丝法制备高效空气过滤材料的研究进展
静电纺丝法制备高效空气过滤材料的研究进展刘朝军;刘俊杰;丁伊可;张建青;黄禄英【摘要】为更好地通过静电纺丝技术制备高效空气过滤材料,促进静电纺丝纳米纤维膜在高效空气过滤领域的产业化应用,全面综述了近年来国内外关于静电纺丝技术制备高效低阻和功能型高效空气过滤材料的最新研究成果.对具有球状、纳米蛛网结构的三维立体高效低阻滤材、驻极体增强高效低阻滤材,以及具有耐高温、抗菌和可降解特性的功能型滤材进行了重点介绍,并回顾了其研究进展,分析和讨论了现有研究中存在的问题和不足.认为静电纺丝纳米纤维膜具有生产工艺简单高效、结构可控、分离精度高、适用性广泛等显著优势,在高效空气过滤领域的发展和应用前景十分广阔.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2019(040)006【总页数】9页(P133-141)【关键词】静电纺丝;空气过滤;纳米纤维;高效过滤材料【作者】刘朝军;刘俊杰;丁伊可;张建青;黄禄英【作者单位】室内空气环境质量控制天津市重点实验室,天津 300072;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;室内空气环境质量控制天津市重点实验室,天津 300072;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴 311817;浙江金海环境技术股份有限公司,浙江绍兴311817【正文语种】中文【中图分类】TQ028.2近年来，空气污染形势日趋严峻[1]，其中，环境中的PM2.5具有粒径小，能在大气中长期滞留且可远距离输送，易携带有害物质等特点[2-3]，是对人类健康威胁最大、最具代表性的大气污染物[4-5]，易诱发哮喘、肺癌及各种心血管疾病如高血压、心力衰竭和心肌梗塞等[6-8]，还会导致现代精密制造业如大规模集成电路等产品的不良率升高。
人们研究并开发出了多种用于去除环境中细微颗粒物的方法和技术措施，其中采用纤维介质进行物理过滤的高效过滤器(HEPA)被认为是最有效、最可靠和最经济的设备[9]，在医疗卫生、精细化工、高精密电子设备、食品无菌包装及航空航天等领域的应用愈来愈广。
静电纺丝技术制备无机物纳米纤维的最新研究进展_崔启征
无机纤维纳米的应用
• 激光电池材料：SnO2是一种光导材料，被应用于各种激光电池材料。 与它们的体型材料相比，SnO2纳米棒的优越性能更加显著，因而可 能在这个领域得到广泛的应用。 • 传感器和单分子探测：CuS 纳米纤维的一个主要用途是在化学和生物 传感器上的应用。CuS 纳米纤维有很多好的性能，如半导体性能、纳 米量级上的排列结构、金属/半导体结、还有结构与表面修复的灵活性 等。它们将会成为各种传感器的主要材料。另外，用光子对 CuS 纳 米纤维进行处理，在电控的条件下，会实现单分子探测。 • 纳米探测器和纳米尖端：由于 TiO2纳米棒结构的可控性好，因此它们 的表面和尖端部位都可以作为分子探测器。尖端部位还可以作为纳米 探针。 • 催化剂：Si 纳米管具有高表面积，作为催化剂的载体，Si 纳米管可 提供足够的表面积使催化剂与反应物接触，因而提高了催化剂的催化 活性。所以 Si 纳米管在提高催化活性领域很有发展前景。
抽丝法：对溶液粘度要求太苛刻。 模板合成法：不能制备根根分离的连续纤维。 分相法、自组装法：生产率都比较低。 激光高温烧灼法、化合物热解法等：高温需求，工艺条件难以控制。
工艺流程
高压装置可以提供 1 kV~30 kV 的直流电；喷丝装置为一个注射 管，用来盛放前驱溶液，它连有 一个金属针制成的喷丝嘴，前驱 溶液就是由这里喷出从而形成纳 米纤维；收集装置一般为接地的 金属板，它们的形式多种多样， 因而收集到的纤维的排列形式也 就各有不同。
结语
本文对静电纺丝技术的工艺流程、机理和改 进方法进行了重点的介绍，对影响因素作了细致 的分析。同时对无机纳米纤维的应用作了展望。 静电纺丝技术在不久的将来会受到更加广泛的关 注，将进一步走向成熟，那时，将成为制造纳米 结构和纳米材料的最有效的方法之一。
静电纺丝制备取向纳米纤维的研究进展
收 稿 日期 ：０ ０ ０ ２ ２ １ — ６２
旋转式收集 装置是 当今 制备 有序 纤维 最 为常 用 的一种方法 ， 原理是利用旋转物体 对射流 的物 其
作 者简 介 ： 佳林 （９２ ）男 ， 吴 １８ ， 湖北 黄 冈人 ， 教 。 助
以接收 到高度定 向排 列 的纤 维 ， 是 当接 收 的纤 但 维较 厚之后 ， 若仍 保持原 来 的转速 ， 维 的定 向程 纤
较 大的定 向排列 的纤维 ， 但仍存在较 多 的无定 向排 列 的纤 维 ， 而且 当转速过高时 ， 纤维会 被拉 断 ， 纤维 间也会 出现空隙 。Ｃ ｒｅ 等在 滚筒 接收装 置后 面 ａｎｌ ｌ 增加 了三个平行辅助 电极 ， 中间的辅 助 电极 与喷丝 头带相 反的电荷 ， 两边 的电极则是带 有与喷丝 头相 同的电荷 。这种方法与一般 的点对 点纺丝相 比， 纺
２ 取 向纳 米 纤 维 的 制 备
２ １ 旋 转 式 收 集 装 置 ．
的时 间有 密 切 的联 系 。Ｓ ｎ ａａ ｕ ｄ ｒｙ等 人 也 进 行 了
相 似 的工作 ， Ｌ ｅ等 人则 用 这种 方 法 进行 了更 而 ｅ
进 一步 的工作 ， 他们 研 究 了收集 到 的纤 维 的力 学 性 能与滚 筒转速 的关 系 。 Ｔｈ ｒｎ等 制作 了薄碟式 收集 装置 ， ｅｏ 由于充 分 集 中 了电场 ， 以高 速旋 转 的 圆 盘作 为接 收装 置 可
理牵伸作用达 到控 制纤维 排列 方 向 的 目的。如 图