納米材料制備之靜電紡絲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

發(fā)布日期：2023-08-31 瀏覽次數(shù)：1700

靜電紡絲法是一種簡(jiǎn)單且有效制備納米材料的方法，其裝置主要由高壓供電系統(tǒng)、推進(jìn)泵、注射器以及收集器等組成。目前通過靜電紡絲法已成功地制備出多種直徑低至數(shù)十納米的納米纖維，包括金屬氧化物、有機(jī)聚合物、陶瓷材料等。靜電紡絲可提供核殼結(jié)構(gòu)、管狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、空心結(jié)構(gòu)、交聯(lián)結(jié)構(gòu)和顆粒包裹等特殊形貌的納米結(jié)構(gòu)。

靜電紡絲納米纖維膜具有低成本、綠色環(huán)保、大的比表面積、高的孔隙率、良好的機(jī)械強(qiáng)度以及表面功能化等優(yōu)點(diǎn)，在電子能源、傳感器、催化反應(yīng)、過濾分離、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先，靜電紡絲技術(shù)的研究目前主要集中在產(chǎn)品的特性上，通常局限于實(shí)驗(yàn)室的小范圍研究，大規(guī)模生產(chǎn)較為困難。多噴嘴靜電紡絲技術(shù)雖然可顯著地提高生產(chǎn)力，但離商業(yè)化應(yīng)用還有很大距離。其次，實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)精確控制仍然較為困難，需要對(duì)溶液參數(shù)、工藝參數(shù)和環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)。第三，所制備電紡膜的分離選擇性能有待提高，目前利用靜電紡絲技術(shù)結(jié)合其他材料（如MOFs）以及同軸靜電紡絲等，有望進(jìn)一步優(yōu)化材料性能以及拓展材料應(yīng)用。

靜電紡絲原理

靜電紡絲法即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法，與傳統(tǒng)方法截然不同。首先將聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電，帶電的聚合物液滴在電場(chǎng)力的作用下在毛細(xì)管的Taylor錐頂點(diǎn)被加速。當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí)，聚合物液滴克服表面張力形成噴射細(xì)流。細(xì)流在噴射過程中溶劑蒸發(fā)或固化，最終落在接收裝置上，形成類似非織造布狀的纖維氈。在靜電紡絲過程中，液滴通常具有一定的靜電壓并處于一個(gè)電場(chǎng)當(dāng)中，因此，當(dāng)射流從毛細(xì)管末端向接收裝置運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)加速現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了射流在電場(chǎng)中的拉伸。

靜電紡絲技術(shù)是一種簡(jiǎn)單有效的制備一維納米材料的方法，可應(yīng)用于氣體吸附、分離、催化劑、電池、生物醫(yī)藥等眾多方面?？梢酝ㄟ^紡絲纖維結(jié)合其他材料（MOFs），同軸靜電紡絲等方法提高納米材料性能。另外，電紡纖維存在內(nèi)部空間，要將其變成致密無缺陷的膜，還需結(jié)合原位光聚合、熱壓、空隙填充聚合物浸漬、交聯(lián)、層層組裝等方法，使納米纖維和空隙填充區(qū)域形成微相分離結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)膜的性能。

日本 MECC 靜電紡絲設(shè)備的特點(diǎn)