靜電紡絲技術(shù)及其應(yīng)用課件

靜電紡絲法制備納米材料靜電紡絲的歷史靜電紡絲的設(shè)備和原理靜電紡絲的影響因素和特點(diǎn)靜電紡絲的應(yīng)用目錄1934年Formhals1966年Simons1971年Baumgarten1981年Larrondo和Manley首次在專利中提出該技術(shù)。他設(shè)計(jì)了一套聚合物溶液在強(qiáng)電場(chǎng)下的噴射進(jìn)行紡絲的加工裝置。專利中敘述了用靜電紡絲技術(shù)制備超細(xì)超輕無紡布的裝置，且發(fā)現(xiàn)粘度高時(shí)，纖維連續(xù)，粘度低時(shí)，纖維短且細(xì)。設(shè)計(jì)了一套裝置，可以制備直徑在0.05-1.1微米的丙烯酸纖維?？疾炝死w維直徑與溶液黏度、射流長度及環(huán)境氣體組分之間的關(guān)系。將聚乙烯和聚丙烯熔體紡成連續(xù)的纖維，研究發(fā)現(xiàn)，直徑取決于電場(chǎng)，操作溫度和熔融體粘度，與噴絲嘴直徑無明顯關(guān)系。靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展歷史1995年Reneker對(duì)靜電紡絲進(jìn)行研究，探討了靜電紡絲過程的不穩(wěn)定性，靜電紡絲迅速發(fā)展靜電紡絲的基本設(shè)備包括：高壓電源、推進(jìn)裝置、電紡溶液和收集裝置組成。通過調(diào)整溶液濃度、溶液粘度、電場(chǎng)場(chǎng)度和接收距離等工藝參數(shù)，可制備直徑范圍在50nm-5um的聚合物及功能陶瓷纖維。通過采用不同的收集裝置,可以得到在一定尺寸范圍內(nèi)取向平行的纖維陣列。

基本設(shè)備噴絲頭

噴絲頭的作用就是在紡絲過程中產(chǎn)生紡絲小液滴，提供射流激發(fā)位點(diǎn)。一般分為無針頭和針頭兩種不同的噴絲體系，其中針頭體系根據(jù)針頭數(shù)量和形式的不同，還可以進(jìn)一步分為單頭、同軸、并列、多頭等不同的形式。1、無針頭體系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激發(fā)位點(diǎn)。2、針頭體系

1）單針頭單針頭最常見，根據(jù)需要可選擇不同型號(hào)的針頭。2）同軸針頭

同軸電紡的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可以突破單頭體系的限制，將一些難以直接電紡的聚合物通過同軸電紡裝置制備納米纖維。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是通過將核層選擇性移除，還可以制備中空納米纖維結(jié)構(gòu)。4）多針頭在并列式針頭裝置的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增大針頭間的距離就發(fā)展為多可針頭體系，針頭數(shù)量從2個(gè)到十幾個(gè)不等，也稱為平行電紡。多針頭紡絲體系控制纖維取向收集器的形狀收集器的運(yùn)動(dòng)外加磁場(chǎng)靜電紡絲的特點(diǎn)在平行圓環(huán)上加上與靜電紡絲相同的電荷，限制了經(jīng)典紡絲的“鞭動(dòng)”，使得靜電紡絲呈現(xiàn)有序性。靜電紡絲的應(yīng)用——電池和電極材料

以鋰離子電池為例，靜電紡能很好的改變其性能。將PAN的靜電紡絲和惰性氣體下的熱處理巧妙的結(jié)合起來，制備出高純的碳納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，這種碳納米纖維能夠很好的改善鋰離子電池（LiB）的電容率。用同軸靜電紡絲法制備出復(fù)合納米纖維，然后將紡出的纖維浸在正辛烷中，以除去纖維中的油，之后將其在Ar/H2氛圍中1000℃煅燒5h，最終得到包含有Sn和碳的中空碳納米纖維，這種復(fù)合物在0.5C循環(huán)200次后展現(xiàn)出高達(dá)737mAh/g的可逆電容。作為電池材料具有很好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。此外，這種含有Sn和碳的中空碳納米纖維結(jié)構(gòu)中有很高的Sn含量（接近70wt%），提供了很好的孔隙率，也避免了Sn納米顆粒的破碎。靜電紡絲的應(yīng)用——化學(xué)及生物傳感器

由靜電紡絲得到的納米級(jí)纖維制備化學(xué)傳感器因?yàn)榫哂谐叩谋缺砻娣e、快速的反應(yīng)時(shí)間、良好的靈敏度和選擇性等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注。納米化學(xué)傳感器在環(huán)境污染物檢測(cè)、工業(yè)反應(yīng)檢測(cè)、食品安全監(jiān)督、藥物成分分析等方面有廣泛的應(yīng)用。用靜電紡絲法制備PANI納米纖維，并將纖維沉積在Au電極上，制備成NH3傳感器。納米纖維傳感器可以在幾分鐘內(nèi)完成NH3的檢測(cè)過程。利用高壓靜電紡絲作為生物敏感元件，優(yōu)點(diǎn)在于紡絲材料良好的生物相容性，可以通過各種方式將紡絲纖維與生物大分子進(jìn)行組裝，并且達(dá)到特異性被測(cè)物的目的。由于高的比表面積，足夠的生物大分子可以吸附在紡絲表面，并且與被測(cè)物達(dá)到充分接觸、反應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測(cè)的目的。

靜電紡絲的應(yīng)用——生物及醫(yī)藥

納米纖維可用于人造血管、藥物輸送和組織工程等材料中。納米纖維材料作為載藥體系可以避免藥物突釋效應(yīng)，還可以有效地防止藥物在人體內(nèi)的降解或者失活；能夠從結(jié)構(gòu)和功能兩個(gè)方面模仿天然基質(zhì)是一個(gè)理想的組織工程支架。將聚偏氟乙烯（PVDF）靜電紡絲納米纖維薄膜應(yīng)用在固液分離領(lǐng)域，證明了其去除顆粒的適用性。經(jīng)過表征發(fā)現(xiàn)，PVDF靜電紡絲纖維薄膜與傳統(tǒng)的微濾膜具有相似的性質(zhì)。這種膜被用于分離1μm、5μm、10μm的聚苯乙烯顆粒。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此纖維膜能除去溶液中90%的微米顆粒。參考文獻(xiàn)1.劉娜,楊建忠.靜電紡納米纖維的研