靜電紡絲技術及其應用課件

靜電紡絲法制備納米材料靜電紡絲的歷史靜電紡絲的設備和原理靜電紡絲的影響因素和特點靜電紡絲的應用目錄1934年Formhals1966年Simons1971年Baumgarten1981年Larrondo和Manley首次在專利中提出該技術。他設計了一套聚合物溶液在強電場下的噴射進行紡絲的加工裝置。專利中敘述了用靜電紡絲技術制備超細超輕無紡布的裝置，且發(fā)現(xiàn)粘度高時，纖維連續(xù)，粘度低時，纖維短且細。設計了一套裝置，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，操作溫度和熔融體粘度，與噴絲嘴直徑無明顯關系。靜電紡絲技術的發(fā)展歷史1995年Reneker對靜電紡絲進行研究，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備包括：高壓電源、推進裝置、電紡溶液和收集裝置組成。通過調(diào)整溶液濃度、溶液粘度、電場場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。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。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的針頭。2）同軸針頭

同軸電紡的一個優(yōu)點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。另一個優(yōu)勢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上，進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個到十幾個不等，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動外加磁場靜電紡絲的特點在平行圓環(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”，使得靜電紡絲呈現(xiàn)有序性。靜電紡絲的應用——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)絡結(jié)構(gòu)，由于其優(yōu)良的物理和化學性質(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，這種復合物在0.5C循環(huán)200次后展現(xiàn)出高達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。靜電紡絲的應用——化學及生物傳感器

由靜電紡絲得到的納米級纖維制備化學傳感器因為具有超高的比表面積、快速的反應時間、良好的靈敏度和選擇性等優(yōu)點備受關注。納米化學傳感器在環(huán)境污染物檢測、工業(yè)反應檢測、食品安全監(jiān)督、藥物成分分析等方面有廣泛的應用。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的檢測過程。利用高壓靜電紡絲作為生物敏感元件，優(yōu)點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行組裝，并且達到特異性被測物的目的。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，并且與被測物達到充分接觸、反應，最終實現(xiàn)高靈敏度檢測的目的。

靜電紡絲的應用——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，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)和功能兩個方面模仿天然基質(zhì)是一個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用在固液分離領域，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。實驗結(jié)果表明此纖維膜能除去溶液中90%的微米顆粒。參考文獻1.劉娜,楊建忠.靜電紡納米纖維的研