電紡絲研究的總結(jié)

電紡絲：將徹底轉(zhuǎn)變歷史的車輪？最終給出了個人見解。前言：一維材料性能獨特，應用廣泛，是爭論熱點。合成和制備方法已進展不少，纖維、線、管、棒、帶、螺旋、環(huán)等構(gòu)造都已做出。在全部的方法中，電紡絲最簡潔，而且可以制備實心或者空心的，長度任意長，直徑特均勻，成分可隨便變，也可通過改性與或者反響摻雜等電荷的庫侖排斥力和靜電引力。電紡絲可持續(xù)工作，而且直徑更小。電紡絲技術(shù)可以認為是靜電噴絲技術(shù)的變化形式液而言，工作原理是帶電射流的曲張裂開，而電紡絲一般是高粘滯的溶液，易揮發(fā)的溶劑，外表電荷的庫侖排斥。靜電噴絲技術(shù)已廣泛應用到各個領域如質(zhì)譜技術(shù)，涂料，噴墨打印，1934年，F(xiàn)ormalas想利用外表電荷的排斥來199390少爭論小組特別是Reneker小組對該方法都有很大的興趣并從大量的高分子有機物制備了纖上升，由于其簡潔，多功能性，敏捷性，以及有潛力的作用。本文主要描述了哪些東西bd。本文的主要構(gòu)造有以下幾個局部。根本裝置：一般的裝置如以下圖所示，主要三個局部：高壓電源、金屬噴絲頭〔毛細管、接地的接收器。高壓電源一般在1-30kv，一般為直流，但溝通也可。金屬噴絲口和一個注射器連接，注射器由甭可以掌握恒定注射量。溶液主要受三種力，靜電排斥力和庫侖引力，外表張力。當電壓〔理論上正在研究中，有爭論，一般認為是排斥劈裂，搖擺不穩(wěn)定〕就紡絲了，形成無紡織布。目前已經(jīng)超過50種的高分子有機物可以紡絲，直徑一般在幾十個納米到幾個微米之間。改進的裝置：為了解決排列的問題，引入了轉(zhuǎn)動接收極。接收極大小及其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向是重要參數(shù)。為了解決低產(chǎn)率問題，引入了多孔金屬噴絲頭。要解決均勻性和相干性問題，技術(shù)上要解決加工和匹配問題。為了制備多級構(gòu)造，或者解決成分單一的問題，引入了同軸電纜型噴絲頭。內(nèi)外溶液粘滯性和溶劑揮發(fā)性的匹配很重要。在小型芯片上要把納米纖維引入，不要高壓和注射泵或者針尖，小滴在兩個微電極上加個電勢差即可成絲。這使得紡絲技術(shù)可以和集成電路兼容。工作機理、理論模型：紡絲過程是一個很簡單的電流體力學問題。1999年之前認為是一個由于靜電排斥的劈裂和張開過程，近年來試驗覺察它更是一個彎曲不穩(wěn)定性〔bendinginstability〕的過程。如上圖，圖A給出的是一個分裂的過程，但高區(qū)分的照相覺察它首先是一個直線，越來越建立。理論爭論是掌握和組裝的根底，很重要，它的關鍵是如何描述射流的運動軌跡方程。參數(shù)掌握：主要有直徑、形貌、成分、二次構(gòu)造；掌握是設計的前提，也是進展試驗首先要考慮的問題?！簿酆衔镦湹臉?gòu)型、粘滯性、彈性、電導率、極性、溶液的外表張力；試驗操作條件〔和接收極的距離、聚合物溶液的供給速率、噴絲頭直徑大小絲中，存在集聚珠子現(xiàn)象，這是最一般的問題。如以下圖：受力分析：三種力，外表張力、靜電排斥力、粘彈性力，珠子是由于外表張力過大，可以通過后兩種力來抵消它。一般粘彈性大即濃度大，珠子少，電場的作用比較難考察，它的作用是兩方面的，假設太大會造成不穩(wěn)定，從而珠子反而增加。對于絲的橫截面，一般是圓形或者帶狀，由于揮發(fā)，在紡絲過程中可能絲帶有皮膚，而皮膚快速又崩潰了。一般影響直徑大小的參數(shù)有：聚合物濃度〔濃度大，直徑大、聚合物電導率〔可參加無機鹽提高電導率使d小、外加電壓大小〔實際參數(shù)應當是電場強度，因而與距離有關、溶液供給速度，固然最關鍵的因素是外表張力和靜電排斥力的相互作用。寬了。例如想方法使得光、電、磁、機械、生物學功能的材料埋入到聚合物，甚至可以共同埋入來到達多功能效果。功能高聚物及其混合物：主要有導電性、壓電性、半導體性、電發(fā)光性、感光性等等。選擇好的基體很重要。無機/有機復合材料和陶瓷材料：由于對粘彈性的要求，電紡絲受到了極大的限制。但現(xiàn)在知道，傳統(tǒng)sol-gel方法得到的膠體也可以紡絲，但sol-gel溶液的條件和聚合物溶液的條件要盡量一樣。一般這樣得到的絲直徑在幾百個納米?？梢宰宻ol-gel反響在射流的過程中發(fā)生，這樣得到的直徑小很多。通過煅燒，有機物將失去，從而只剩下無機物，成為所謂的陶瓷材料。功能材料〔特別是低維功能材料〕的包裹：納米粒子、納米線等一維材料、生物分子物種等。參加無機物的前驅(qū)物到聚合物中，再材料中，一個要解決的問題是分散〔溶解〕問題，實際上，即使不溶解，也可以作成乳狀液進展紡絲。對已紡成的絲改性：有很多種方法。可以在外表鍍膜〔電化學沉積是不錯的選擇，形成同軸電纜構(gòu)造，這過這些改性，在不轉(zhuǎn)變絲形貌的狀況下，絲的化學、熱、力學、液體侵濕、吸附等性能為電紡絲納米纖維的轉(zhuǎn)變供給了很多的路徑。例如：熱處理轉(zhuǎn)化、反響性轉(zhuǎn)化等，這使得很多不能夠用電紡絲制備的纖維可以通過轉(zhuǎn)化得到。掌握二次構(gòu)造：主要有core-sheath構(gòu)造，hollow構(gòu)造、porous構(gòu)造。核-鞘構(gòu)造：傳統(tǒng)裝置而言，也可能得到。一種溶劑，兩種高聚物，溶劑揮發(fā)時，相分別。最便利的方法是利用同軸電纜似的噴頭，如以下圖：一般認為由于紡絲過程極快，兩種溶液幾乎沒有時間混合，溶劑已揮發(fā)完，紡絲完成。是兩種溶液最好不混溶?？招臉?gòu)造：納米流管、蓄氫用等。一般制備方法為犧牲內(nèi)部模板法。對于核鞘構(gòu)造，得腐蝕〔萃取〕內(nèi)部纖維；也可以先鍍一層膜形成核鞘構(gòu)造，再腐蝕〔萃取〕內(nèi)部模板。分子就會留在管內(nèi)部。多孔構(gòu)造：多孔構(gòu)造應用廣泛，如催化、過濾、吸取、燃料和太陽能電池、組織工程等。介紹兩種制備方法。一種是基于紡絲后選擇性的除去某些成分；另一種是在紡絲過程中掌握適宜的條件，使得相分別并快速固化。這樣，環(huán)境的濕度和溫度將極大地影響結(jié)果?！碴P鍵局部〕由于很多應用例如電子、光子器件、增加體等都需要定向排列，所以這個步驟比較關鍵。一般來說，直接得到的是隨機排列的無紡織布。要掌握排列，主要有兩個方法：其一是想方法方法需要理論根底，這里我們主要考慮其次種方法。轉(zhuǎn)鼓接收極：圓柱形高速旋轉(zhuǎn)的接收極〔但什么樣的速度適宜呢還值得探討〕這〔發(fā)揮制造力的時候到了，但關于定向排列的機理爭論還不是很清楚。分叉電極對：在這里，如何想方法實現(xiàn)或者收集單根很重要。另外，就是設計好模板，讓絲直接紡在上面用。獨特性能與應用前景；一、獨特性能：高比外表積，簡單的多孔構(gòu)造。而孔構(gòu)造造成比外表積更大；分子水平上的有序性〔主要指的是內(nèi)部構(gòu)造，由于電場的作用使之排列具有肯定的規(guī)律性；二、應用前景：基于納米纖維的隔膜和輕松服裝；它具有過濾作用，什么可以單向過濾作用；通過修飾，可使衣服透氣卻保溫；生物醫(yī)用：由于很多生物大分子例如蛋白質(zhì)、DNA、酶等都可以電紡絲，它在組織工程有很大應用；另外就是做骨架。作為酶或者催化劑的載體；關鍵參數(shù)是活性問題。納米纖維傳感器；多孔性、可填充性等特點；做電子或者光學器件；這是我們最關心的方向，做電子器件〔FET、PN結(jié)等〕關鍵要實現(xiàn)單根和組裝，而光學器件〔起偏器，非線性光學器件等〕要實現(xiàn)定向排列；固然要做這個，還有很多根底科學需要爭論，單根的電學性質(zhì)和光學性質(zhì)。作為犧牲模板用；這樣可以做出很多中空的的納米管道?！沧铌P心的局部〕理論上：對電紡絲的具體過程還不了解；技術(shù)上：10-30nm100nm以上；的紡絲；如何讓這些物質(zhì)也可以紡絲？共紡絲可能是解決方案之一；二次構(gòu)造和紡絲參數(shù)的關系還得進展系統(tǒng)地爭論；構(gòu)造，從而讓他們徹底可以應用到器件上；sol-gel法和電紡絲結(jié)合起來，可能使傳統(tǒng)的方法柳暗花明又一村。特別值得指出的是，由于電紡絲的尺寸在納米級，而且更簡潔掌握，確實可能為下一代器件的制備供給了一個更簡潔可行的方法?？傊?，要解決的問題多多，和納米管一樣，往往最關鍵的是掌握問題，一旦掌握問題解性和應用爭論在開發(fā)之前，抓住一個好的領域?qū)淼臓幷摱紩a(chǎn)生很大的影響。工作？想著到達一個什么樣的目標？甩膜的好處在于：對于絕緣性的物質(zhì)也可；過程簡潔明白，比電紡絲的過程簡潔，所以更簡潔掌握；我們失敗的緣由主要是重疊性，而解決重疊性的方法是接收極距離足夠長，使得溶劑可以揮發(fā)完。另外，為了可以得到更細的絲，是否可以將電紡絲和甩膜結(jié)合起來。關鍵要設置參數(shù)。〔轉(zhuǎn)動的中間噴絲，用圓柱形的陰極接收，由于電紡絲距離短，紡絲的直徑不能夠進一步削減，為此我們承受網(wǎng)狀的承受極，讓絲可以通過網(wǎng)甩出去，從而使直徑變得更小，固然〕一、制備樣品上：123、選擇什么樣的方法制備樣品〔有很多方法，選擇適宜的；4、依據(jù)所需樣品的參數(shù)確定該方法的參數(shù)；需要什么溶劑溶質(zhì)、分子量，粘滯性，噴頭直〔文獻調(diào)研和依據(jù)自己的試驗儀器查找閱歷值〕56二、排列與組裝〔與三并列，都為了器件爭論候到了；另外要摸透各個外在掌握參數(shù)和絲的形貌之間的關系〔理論爭論。三、物性測量上：依據(jù)自己做的樣品從事物理根底爭論，主要是光、電、磁、熱、力等性質(zhì)的測試；功能化材料的功能到底怎么樣得測試出來。場放射性能測量；改性與修飾后的物理性能及功能。四、器件制備：根本電子元件的組裝和性能測試，主要是FET，SET等；傳感器，利用纖維的功能性，物理傳感器、生物傳感器、力學傳感器、化學傳感器；光電轉(zhuǎn)化器件、熒光器件、激光