静电纺丝纳米纤维的应用进展_李岩

静电纺丝纳米纤维的应用进展＊

李　岩１，

２，仇天宝２，周治南２，徐小燕１，２

（１　同济大学先进土木材料教育部重点实验室，上海２

０１８０４；２　同济大学材料科学与工程学院，上海２０１８０４）摘要 近年来静电纺丝技术在制备纳米纤维领域得到了广泛应用，被认为是制备纳米纤维最简单有效的方法之一。通过静电纺丝法制备的纳米纤维具有长径比大、孔隙率高、比表面积大等优点，在过滤材料、生物医学、传感器以及其他特殊领域都有着良好的应用前景。主要介绍了近几年来国内外静电纺丝纤维在过滤吸附膜、生物医学、传感器、防护应用及其他一些特殊领域中的研究现状，并展望了静电纺丝纳米纤维的发展趋势和研究方向。

关键词 静电纺丝　纳米纤维　过滤材料　生物医学　传感器

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐ

ｕｎ　ＮａｎｏｆｉｂｅｒｓＬＩ　Ｙａｎ１，

２，ＱＩＵ　Ｔｉａｎｂａｏ２，ＺＨＯＵ　Ｚｈｉｎａｎ２，ＸＵ　Ｘｉａｏｙ

ａｎ１，

２

（１　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　

ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１８０４；２　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇ

ｈａｉ　２０１８０４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｉｎ　ｒｅｃｅｎｔ　ｙｅａｒｓ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｐｅｒｃｅｉｖｅｄ　ａｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｅｓｔ　ａｎｄ　ｍｏｓｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｐｒｅｐａｒｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ．Ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｉｎｇ　ｈａｖｅ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌａｒｇｅ　ａｓｐｅｃｔ　ｒａｔｉｏ，ｈｉｇｈ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈｅｎａｂｌｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｔｏ　ｈａｖｅ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄｓ　ｏｆ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ａｒｅａｓ．Ｓｏｍｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｆｉｅｌｄｓ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ａｓ　ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｓｅｎｓｏｒｓ，ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　

ｔｒｅｎｄ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．Ｋｅｙ　

ｗｏｒｄｓ ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｉｎｇ，ｎａｎｏｆｉｂｅｒ，ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ，ｂｉｏｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｓｅｎｓｏｒ　＊上海市自然科学基金（

１１ＺＲ１４３９３００）　李岩：女，１９７４年生，博士，副教授，研究方向为聚合物的静电纺丝及聚合物加工改性　Ｔｅｌ：０２１－６９５８２１０１　Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｌ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ

０　引言

纳米纤维主要是指在三维尺度上有两维的尺寸处于纳米范围（１～１００ｎｍ）

内的线（管）状材料。目前制造纳米纤维的方法有很多，如拉伸法［

１］、模板合成法［２］、微相分离法［３］

、自组装法

［４］

、静电纺丝法

［５－７］

等。其中静电纺丝法具有价格低

廉、设备简单、操作简易、高效等优点［

６］

，是目前能够直接连续制备纳米纤维唯一有效的方法。通过静电纺丝法制得的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、长径比大、力学性能好

等优点［６，８］，许多材料包括天然聚合物［９，１０］、合成聚合物［１１，１２］

以及它们的混合物［１３］

都可以通过静电纺丝成功制备纳米纤

维，因此吸引了人们在众多领域对静电纺丝纳米纤维进行广

泛地研究。目前，静电纺丝纳米纤维在过滤材料［１４］

、药物传递［

１５］、伤口防护［１６］、骨架组织工程［１７，１８］

等领域都有广泛的应用，本文综述了近几年静电纺丝纳米纤维在这些领域的一些研究进展。

１　过滤吸附膜

１．１　过滤膜

静电纺丝纳米纤维直径小、比表面积大，由其制得的过

滤膜具有较高的过滤效率和较低的空气阻力，研究表明［１９］

静

电纺丝纳米纤维膜的过滤效率一般随着纤维直径的减小而

增大。然而最近Ｚｈａｎｇ等［２０］

的研究结果表明过滤效率不仅

取决于纳米纤维的直径，而且与纳米纤维的直径分布密切相关。Ｚｈａｎｇ通过静电纺丝得到尼龙－６超细纳米纤维，比较了该纳米纤维过滤效率与纤维直径的关系，发现平均直径为５０ｎｍ的纳米纤维膜的过滤效率的确要优于平均直径为

１００ｎｍ的纳米纤维膜的过滤效率，但同时发现纤维直径分布变宽时纤维膜会具有更高的过滤效率。

过滤效率高的优点使得静电纺丝纳米纤维膜可以用来过滤饮料。传统的饮料是采用过滤设备或者物理沉降技术来过滤的，这些工艺不仅成本高、效率低，而且有可能导致果

汁营养成分发生变化。Ｂｅａｔｒｉｚ　

Ｖｅｌｅｉｒｉｎｈｏ等［２１］

通过静电纺丝制备具有良好力学性能的聚对苯二甲酸乙二醇酯（ＰＥＴ）纳米纤维膜，发现经过厚度为０．２ｍｍ　ＰＥＴ纳米纤维过滤膜过滤得到的苹果汁在营养成分上并没有发生显著变化，而且与传统过滤方法相比，过滤效率提高了２０倍。该方法过滤效率更高，过程更简单，成本更低廉。

除了用于传统的液体过滤之外，静电纺丝纳米纤维过滤膜还可以应用在其他诸如废气或污染物过滤等领域。如

·

４８·材料导报Ａ：综述篇　

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Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ公司开发了静电纺丝纳米纤维过滤部件———Ｕｌ－ｔｒａ－Ｗｅｂ滤材［２２］，该滤材可用于灰尘的捕集。Ｕｌｔｒａ－Ｗｅｂ过滤材质是在具有特殊配方纳米纤维滤芯的表面加上一层特殊的网状过滤层，这样就可以使微米颗粒的污染物不能渗入到滤芯中，而只能吸附在表面上。采用Ｕｌｔｒａ－Ｗｅｂ纳米技术制造的滤芯比同样大小的天然滤材纤维滤芯能多滤除５倍多的污染物，而且能将尺寸更小的污染物过滤干净。

１．２　吸附膜

静电纺丝纳米纤维表面粘合性强，吸附力好，具有良好的阻隔性，因此还可用作吸附材料。目前大多应用在水和空气的净化与处理领域，可以吸附其中的杂质，尤其是重金属离子和污染物颗粒，从而起到净化水质和空气的作用。吸附是一种极其有效的除去水溶液或空气中金属离子和污染物的方法，因此廉价易得的吸附剂成为人们争相研究的对象。近年来关于静电纺丝纳米纤维吸附膜的研究主要集中在静电纺丝制备壳聚糖及其他一些廉价易纺聚合物如聚丙烯腈的纳米纤维膜方面，并研究这些纳米纤维膜对溶液中重金属离子和空气中污染物的吸附。

壳聚糖静电纺丝纳米纤维膜对水溶液中重金属离子的吸附能力很强。Ｓａｊｊａｄ　Ｈａｉｄｅｒ等［２３］用碳酸钾中和的壳聚糖静电纺丝纳米纤维膜对Ｃｕ２＋的吸附量可达到４８５．４４ｍｇ／ｇ，主要是由于冷冻干燥后的壳聚糖纳米纤维具有多孔结构，孔内部的物理吸附和外部基团螯合作用导致吸附量急剧增加，远高于珠粒状壳聚糖及片状壳聚糖对Ｃｕ２＋的吸附量（分别为８０．７１ｍｇ／ｇ［２４］和４５．２０ｍｇ／ｇ［２５］）。

静电纺丝聚丙烯腈得到的纳米纤维经过偕胺肟改性之后对金属离子具有高度的亲和力，因此很适合用来进行金属离子的吸附。实验研究表明［２６］，偕胺肟改性聚丙烯腈纳米纤维膜的最大饱和吸附量为５２．７０ｍｇ／ｇ（Ｃｕ２＋）、２６３．４５ｍｇ／ｇ（Ｐｂ２＋），且在１ｍｏｌ／Ｌ的ＨＮＯ

３

溶液中浸泡１ｈ后９０％的已吸附金属离子会被解吸附。因此偕胺肟改性聚丙烯腈纳米纤维膜在解吸附之后可以被反复使用。

Ｋｅｙｕｒ　Ｄｅｓａｉ等［２７］静电纺丝高分子量壳聚糖（脱酰度８０％）和聚环氧乙烷的混合物（９０／１０），成功地在无纺聚丙烯基质上制得了连续纳米纤维过滤膜。该纳米纤维过滤材料可以吸附空气中的污染颗粒，对粒径３μｍ的聚苯乙烯乳胶粒进行吸附发现，１ｇ／ｍ２纳米纤维膜的吸附效率为５０％，３ｇ／ｍ２纳米纤维膜的吸附效率则达到了７０％，都可以除去１／２以上甚至更高的污染物颗粒，因此壳聚糖／聚环氧乙烷的纳米纤维膜可用于污染物颗粒的过滤。

２　生物医学

２．１　药物传递

医学上为了达到最佳的治疗效果，人们希望在某些治疗过程中体内的药物逐步释放到身体组织中［２８］，而某些治疗过程则需要非常快速的药物释放速率［２９］。利用载药纳米纤维精确控制药释系统就可以达到这种要求。近些年的研究已经从口服、大剂量的快速释药系统转而研究采用载药的生物相容性静电纺丝纳米纤维来进行小剂量、慢速、载入身体内

部的药物传递治疗。

Ｘｕ等［２８］进行了抗癌药卡氮芥（ＢＣＮＵ）在静电纺丝乙二醇－Ｌ－乳酸共聚物（ＰＥＧ－ＰＬＬＡ）纳米纤维膜中的控制释放实验。通过ＰＥＧ－ＰＬＬＡ纳米纤维膜中的ＢＣＮＵ释放对神经胶质瘤Ｃ６细胞的影响研究发现，自由ＢＣＮＵ的抗癌性在４８ｈ内即消失，而载有ＢＣＮＵ的ＰＥＧ－ＰＬＬＡ纤维膜在７２ｈ后仍有较好的抗癌性。且实验证明随着载药量ＢＣＮＵ的增加，药物的释放速率和初始的突释效应都会明显增加。因此可通过改变载药ＢＣＮＵ的含量来获得所需要的最佳药释时间，从而达到最理想的治疗效果。

Ｂｏｌｇｅｎ等［２９］静电纺丝聚己内酰胺（ＰＣＬ）（１３％）的氯仿／二甲基甲酰胺（３０／７０）溶液得到了纳米纤维膜。该纳米纤维膜浸入抗生素溶液，药物被吸附在静电纺丝膜的表面。对释放速率的研究发现该载药纳米纤维在初始３ｈ内有近８０％的药物被释放，１８ｈ后完全释放干净。这对于治疗外伤感染非常有利，因为外伤感染基本是在外伤发生后的几小时内发生的，采用这种载药纳米纤维可在极短时间内就达到药物治疗的效果。

Ｊｉａｎｇ［３０］研究了载有聚乙二醇－ｇ－壳聚糖（ＰＥＧ－ｇ－ｃｈｉ－ｔｏｓａｎ）的聚乳酸－羟基乙酸共聚物（ＰＬＧＡ）静电纺丝纳米纤维用于控制布洛芬药物的传递。ＰＥＧ－ｇ－ｃｈｉｔｏｓａｎ的存在极大地改善了ＰＬＧＡ纳米纤维膜中的布洛芬释放速率。实验证明共轭连接到ＰＥＧ－ｇ－ｃｈｉｔｏｓａｎ侧链上的布洛芬释放时间超过２周，因此在较长的一段时间内对病人有较好的治疗作用。利用静电纺丝制备聚乳酸－羟基乙酸共聚物／壳聚糖（ＰＬＧＡ／壳聚糖）纳米纤维并用来制备ＰＬＧＡ／壳聚糖纳米骨架［３１］，随着纳米骨架中壳聚糖的含量增加，载药释放速率会加快，这主要是由于壳聚糖带有羟基和氨基使得纳米骨架的亲水性增强所致。因此，也可以通过改变ＰＬＧＡ／壳聚糖纳米骨架中本身壳聚糖的含量来调节药物释放速率。

同轴静电纺丝技术是近年来发展起来的静电纺丝新技术，可用来制备壳－芯结构的药物包覆纳米纤维。何创龙［３２］成功地采用同轴共纺技术将脂溶性的白藜芦醇、水溶性的硫酸庆大霉素和盐酸四环素包覆到两种生物可降解的聚合物ＰＣＬ和ＰＬＬＡ超细纤维中。这些复合纤维的壁厚在１００ｎｍ左右，可以被直接包埋在人体组织中，并且在较短时间内完全降解，生物相容性好，没有明显副作用，可在医疗等领域发挥重要作用。

２．２　支架组织

静电纺丝纳米纤维制得的人工支架组织由于其长久使用性和特殊功能性，要求使用的聚合物与生物组织必须要具有良好的生物相容性和结构相容性。纳米纤维人工支架的主要机理是纳米纤维支架能够提供细胞依附和增殖的三维环境，从而引导成长中的细胞融合进入复杂的生物组织中。近些年，静电纺丝在支架组织方面的研究主要集中在制备具有较高强度和较好生物相容性的支架组织，在人体内协助甚至取代原有器官的生物性作用。

文献［３３］报道了ＰＶＡ、ＰＬＧＡ无规共聚物、ＰＬＡ－β－ＰＥＧＶβ－ＰＬＡ三嵌段共聚物及乳酸的混合物静电纺丝纳米纤

·

５

８

·

静电纺丝纳米纤维的应用进展／李　岩等

永康乐业静电纺丝机ｗｗｗ．ｕｃａｌｅｒｙ．ｃｏｍ

维制备支架组织。该支架组织既有合适的降解时间、力学强度以及良好的亲水性，又有高孔隙率和可调生物降解性，因

此已用于细胞储存和传递。Ｓｈａｌｕｍｏｎ［３

４］

通过静电纺丝几丁质衍生物（ＣＭＣ）和ＰＶＡ的混合物成功制得了ＣＭＣ／ＰＶＡ纳米纤维支架，该支架与生物体具有良好的相容性，已被应

用于生物支架工程。Ｉｎｏｇ

ｕｃｈｉ等［３５，３６］

利用静电纺丝聚（Ｌ－乳酸钴－ε－己内酯）制得用于血管移植的管状支架，通过改变该管状支架的厚度可获得更兼容的骨架来模仿脉动流，从而更好地模仿原生动脉，静脉内皮细胞黏附测试结果表明该骨架有很好的细胞黏附特性。

２．３　干细胞的研究

近年来对于静电纺丝纳米纤维在干细胞培养方面的研究日渐升温，但是目前报道的文献数量较少。有研究表明静电纺丝制备的聚己内酯（ＰＣＬ）支架能够支持体外培养的干细胞分化为软骨细胞，维持细胞表型并促进细胞增殖。Ｋｕｎ

等［３７］

在室温条件下以１∶１的质量比混合ＰＬＧＡ和骨胶原粉

末进行静电纺丝，制得骨胶原／ＰＬＧＡ纳米纤维膜。通过对比实验发现，１ｈ后骨髓造血干细胞对聚苯乙烯培养基质的吸附量仅为１．９％，但骨胶原混合的ＰＬＧＡ纳米纤维膜对骨髓造血干细胞捕获吸附能力明显提高，可以达到２９％，因此该纳米纤维可以作为骨髓造血干细胞的捕获和携带基质。Ｘｉｎ

等［３８］

静电纺丝ＰＬＧＡ制得平均直径为（７６０±２１０）ｎｍ的无纺纳米纤维。在该纳米纤维膜上植入密度为２×１０

６

细胞／ｍＬ的间质干细胞，

经过２周的培养后发现间质干细胞仍对ｈＫＬ１２抗体具有免疫作用。同时ＳＥＭ结果表明间质干细胞已黏附到ＰＬＧＡ纳米纤维骨架上，且ＰＬＧＡ骨架上间质干细胞的ＤＮＡ浓度变大，表明间质干细胞在该骨架上发生了增殖。

３　伤护应用

与传统织物相比，静电纺丝纳米纤维膜具有更好的气体交换能力和湿蒸气的扩散能力，可以充分吸收分泌物，透气透湿性好，因此可将其应用于伤护领域。早期研究主要集中在防护服、防毒口罩等外部防护织物领域，近年来则越来越多地倾向于作为可降解内敷料的伤护应用，将其作为生物敷料、可降解绷带等内敷性物料用来取代原有的外部防护用品，且与生物组织有高度的相容性，不会产生感染等副作用。

Ｔｏｒｒｅｓ　Ｖａｒｇ

ａｓ等［３９］

通过静电纺丝带有金盏的超支化聚甘油（ＨＰＧＬ）

的甲醇／二甲基甲酰胺溶液得到具有生物活性的ＨＰＧＬ纳米纤维膜。皮肤刺激性测试结果表明该纳米纤

维膜对兔子的皮肤没有刺激性，且膜与生物组织之间具有良好的整合效应。实验发现在皮肤伤口外部涂敷这种纤维膜后第二天就开始产生皮肤再生效应，第五天后皮肤再生过程基本全部完成。因此该膜可以作为一种良好生物相容性的创口愈合剂在伤护领域得到应用。

黄争鸣等［４０］

采用同轴共纺技术成功制得以乙酰螺旋霉

素片剂和明胶蛋白质为芯质材料，以可生物降解的聚己内酯为皮层材料的复合纳米纤维。实验发现可以将药物包覆在壁厚小于１００ｎｍ的超细纤维中，

这种纳米纤维衬垫可用作体内手术伤口缝合线或大面积创伤如烧伤伤口的敷布，其可以生物降解在体内而无需取出。

夏苏等［４１］

指出采用可降解静电纺丝纳米纤维代替纱布

等敷料，不仅可使伤口免受细菌、灰尘的感染，而且又能让受体有效地与外界进行物质和能量交换，有利于伤口愈合，还

能使皮肤不留疤痕。Ｃｈｅｎ等［４

２］

静电纺丝骨胶原、壳聚糖和环氧乙烷的混合乙酸溶液，纳米纤维在戊二醛蒸气中进行交联，交联后的纳米纤维膜具有良好的耐水性。伤口愈合实验中在老鼠的背部剪下２ｃｍ×２ｃｍ的区域，并分别用３种同样大小的不同材料（静电纺丝纳米纤维膜、纱布以及胶原蛋白海绵）进行覆盖，在不同时间测定伤口的面积，比较３种材料下的愈合效果。研究发现２１天后静电纺丝纳米纤维膜覆盖的伤口面积已经减小到５％以下，并且同时间内纳米纤维膜的愈合效果要好于纱布和胶原蛋白海绵。

４　传感器

传感器的灵敏度与每单位质量膜的表面积成正比，静电

纺丝纳米纤维的比表面积很大（约为１０００ｍ２

／ｇ），因此可将纳米纤维用在传感器方面来大大提高其灵敏度［

４３］

。纳米纤维作为传感器的应用主要集中在两方面，一是对

空气中有毒气体如ＣＯ等的探测。Ｌｉｎ等［４

４］

通过静电纺丝醋酸铟／ＰＶＡ（物质的量比１／１０）的混合溶液得到纳米纤维膜，煅烧该纳米纤维膜就可以得到多孔的氧化铟纳米纤维传感器，该传感器具有很大的比表面积，对ＣＯ的吸收吸附具有较

大的响应，可用来探测空气中ＣＯ的含量。Ｂｉｎ等［４

５］

以石英晶体为基质，静电纺丝聚丙烯酸（ＰＡＡ）与ＰＶＡ的混合溶液，得到的纳米纤维膜可以用来制备对ＮＨ３非常敏感的气体传感器，用于工厂车间中ＮＨ３的探测。

纳米纤维作为传感器的另一大应用则是将其用作生物传感器来探测生物体内的有毒细胞，从而更广泛地应用于医

疗领域。Ｌｕｏ等［４

６］

静电纺丝８％（质量分数）硝酸纤维素的ＴＨＦ和ＤＭＦ（６０／４０

）混合溶液，在聚偏二氯乙烯基质上得到纳米纤维无纺膜，并在戊二醛蒸气中进行交联。病原性细菌测试的结果表明，静电纺丝生物传感器的响应与大肠杆菌的浓度成正比，响应极限浓度可低至６１ＣＦＵ／ｍＬ。同样对牛病毒性腹泻病毒（ＢＶＤＶ）的响应测试表明，ＢＶＤＶ浓度仅为１０００ＣＣＩＤ／ｍＬ生物传感器就有响应。可以看出硝酸纤维素纳米纤维膜制备的生物传感器具有非常高的灵敏度，可用于探测人体中存在的病毒性细胞。

５　某些特殊领域的研究应用

静电纺丝纳米纤维的优异性能使其在某些特殊领域也有着非常广阔的应用前景。如静电纺丝聚丙烯腈－聚吡咯的纳米纤维碳化后得到的碳化纳米纤维能作为能量储存器（

如超级电容器或可充电锂离子电池）的电极［

４７］

。借助活性磁电子喷射技术在静电纺丝硅纳米纤维表面覆盖一层氮化铝薄

膜，可获得质轻、高表面积的弹性纳米纤维［

４８］

。还可用特殊的聚合物或选择一些溶剂涂层的静电纺丝纳米纤维膜制作

分子过滤器，用于化学和生物武器试剂的探测和过滤［

４９］

。·

６８·材料导报Ａ：

综述篇 ２

０１１年９月（上）第２５卷第９期永康乐业静电纺丝机ｗｗｗ．ｕｃａｌｅｒｙ．ｃｏｍ

６　结语

由于静电纺丝纳米纤维膜在生物医学，包括骨架组织、药物传递、干细胞等领域有着其他材料所无法比拟的优点，因此它在生物医学领域的应用将是未来静电纺丝纳米纤维研究与发展的主要方向。此外，尽管静电纺丝技术具有设备简单、操作性强、高效等优点，但大范围的工业化生产尚未解决，预计未来随着静电纺丝技术从实验室走向车间生产流水线，静电纺丝纳米纤维将会得到更加广泛的推广和应用。

参考文献

１　Ｏｎｄａｒｃｕｈｕ　Ｔ，Ｊｏａｃｈｉｍ　Ｃ．Ｄｒａｗｉｎｇ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｏｖｅｒｈｕｎｄｒｅｄｓ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｕｒｏｐｈｙｓ　Ｌｅｔｔ，１９９８，４２（２）：２１５

２　Ｆｅｎｇ　Ｌ，Ｌｉ　Ｓ，Ｊｉａｎｇ　Ｌ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｕｐｅｒ－ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆａｌｉｇｎｅｄ　ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ　Ｃｈｅ－ｍｉｅ－Ｉｎｔ　Ｅｄ，２００２，４１（７）：１２２１

３　Ｍａ　Ｐ　Ｘ，Ｚｈａｎｇ　Ｒ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ　ｎａｎｏ－ｓｃａｌｅ　ｆｉｂｒｏｕｓ　ｅｘｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍａｔｒｉｘ［Ｊ］．Ｊ　Ｂｉｏｍｅｄ　Ｍａｔｅｒ　Ｒｅｓ，１９９９，４６（１）：６０

４　Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ　Ｇ　Ｍ，Ｇｒｚｙｂｏｗｓｋｉ　Ｂ．Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ　ａｔ　ａｌｌ　ｓｃａｌｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，２９５：２４１８

５　Ｈｏｍａ　Ｈｏｍａｙｏｎｉ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｎａｎｏｆｉ－ｂｅｒｓ：Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ　Ｐｏｌｙｍ，２００９，７７（３）：６５６

６　Ｓｃｈｉｆｆｍａｎ　Ｊ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ．Ｏｎｅ－ｓｔｅｐ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄｃｈｉｔｏｓａｎ　ｆｉｂｅｒｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００７，８（９）：２６６５

７　Ｘｕ　Ｊ，Ｚｈａｎｇ　Ｊ　Ｈ，Ｇａｏ　Ｗ　Ｑ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｉｔｏｓａｎ／ＰＬＡ　ｂｌｅｎｄ　ｍｉｃｒｏ／ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＬｅｔｔ，２００９，６３（８）：６５８

８　Ｂｈａｒｄｗａｊａ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ：Ａ　ｆａｓｃｉｎａｔｉｎｇ　ｆｉｂｅｒｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｂｉｏｔｅｃｈｎ　Ａｄｖ，２０１０，２８（３）：３２５

９　Ｏｈｋａｗａ　Ｋ，Ｃｈａ　Ｄ，Ｋｉｍ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｈｉ－ｔｏｓａｎ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌ　Ｒａｐｉｄ　Ｃｏｍｍｕｎ，２００４，２５（１８）：１６００

１０Ｃｈｅｎ　Ｚ　Ｇ，Ｍｏ　Ｘ　Ｍ，Ｑｉｎｇ　Ｆ　Ｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｌｌａｇｅｎ－ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｃｏｍｐｌｅｘ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｌｅｔｔ，２００７，６１（１６）：３４９０

１１Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ　Ｈ，Ｓｈｉｎ　Ｙ　Ｍ，ｅｔ　ａｌ．Ａ　ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｃａｆｆｏｌｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｆｏｒ　ｂｏｎｅ　ｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，２４９（１２）：２０７７

１２Ｙａｎｇ　Ｆ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｎａｎｏ／ｍｉｃｒｏ　ｓｃａｌｅ　ｐｏｌｙ（Ｌ－ｌａｃｔｉｃ　ａｃｉｄ）ａｌｉｇｎｅｄ　ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｉｎ　ｎｅｕｒａｌ　ｔｉｓｓｕｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００５，２６（１５）：２６０３

１３Ｊｉｎ　Ｈ　Ｊ，Ｆｒｉｄｒｉｋｈ　Ｓ　Ｖ，Ｒｕｔｌｅｄｇｅ　Ｇ　Ｃ，ｅｔ　ａｌ．ＥｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇＢｏｍｂｙｘ　ｍｏｒｉ　ｓｉｌｋ　ｗｉｔｈ　ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｏｘｉｄｅ）［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｃｒｏ－ｍｏｌｅｃｕｌａｒｓ，２００２，３（６）：１２３３

１４Ｓａｍｂａｅｒ　Ｗ，Ｚａｔｌｏｕｋａｌ　Ｍ，Ｋｉｍｍｅｒ　Ｄ．３Ｄｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｆｉｌｔｒａ－ｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｖｉａ　ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｎｏｎｗｏｖｅｎ　ｆｉｌ－ｔｅｒｓ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍ　Ｅｎｇ　Ｓｃｉ，２０１１，６６（４）：６１３

１５Ｍａｒｅｔｓｃｈｅｋ　Ｓ，Ｇｒｅｉｎｅｒ　Ａ，Ｋｉｓｓｅｌ　Ｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｂｉｏｄｅｇｒａ－ｄａｂｌｅ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｏｆ　ｐｒｏｔｅｉｎｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｒｅｌｅａｓｅ，２００８，１２７（２）：１８０

１６Ｋｉｍ　Ｓ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｉｌｋ　ｆｉｂｒｏｉｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ，ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍ　Ｊ，２００３，３５（２）：１８５１７Ｎｅａｍｎａｒｋ　Ａ，Ｓａｎｃｈａｖａｎａｋｉｔ　Ｎ，Ｐａｖａｓａｎｔ　Ｐ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎ　ｖｉｔｒｏｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｈｅｘａｎｏｙｌ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｆｉｂｒｏｕｓｓｃａｆｆｏｌｄｓ　ｔｏｗａｒｄｓ　ｈｕｍａｎ　ｋｅｒａｔｉｎｏｃｙｔｅｓ　ａｎｄ　ｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓ［Ｊ］．Ｅｕｒ　Ｐｏｌｙｍ　Ｊ，２００８，４４（７）：２０６０

１８Ｂｈａｔｔａｒａｉ　Ｎ，Ｅｄｍｏｎｄｓｏｎ　Ｄ，Ｖｅｉｓｅｈ　Ｏ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｃｈｉｔｏｓａｎ－ｂａｓｅｄ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｃｅｌｌｕｌａｒ　ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００５，２６（３１）：６１７６

１９王兴雪，王海涛，钟伟，等．静电纺丝纳米纤维的方法与应用现状［Ｊ］．非织造布，２００７，１５（２）：１４

２０Ｚｈａｎｇ　Ｓ，Ｓｈｉｍ　Ｗ　Ｓ，Ｋｉｍ　Ｊ．Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｕｌｔｒａ－ｆｉｎｅ　ｎｏｎｗｏｖｅｎｓｖｉａ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｎｙｌｏｎ　６：Ｓｐｉｎｎｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｆｉｌ－ｔｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ，２００９，３０（９）：３６５９

２１Ｖｅｌｅｉｒｉｎｈｏ　Ｂ，Ｌｏｐｅｓ－ｄａ－Ｓｉｌｖａ　Ｊ　Ａ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｍａｔ　ｔｏ　ａｐｐｌｅ　ｊｕｉｃｅｃｌａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｂｉｏｃｈｅｍ，２００９，４４（３）：３５３

２２刘琳．唐纳森Ｕｌｔｒａ－ｗｅｂ纳米纤维技术［Ｊ］．中国工程机械，２００９（１）：１１０

２３Ｈａｉｄｅｒ　Ｓ，Ｐａｒｋ　Ｓ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｃｈｉｔｏｓａｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｕ（Ⅱ）ａｎｄ　Ｐｂ（Ⅱ）ｉｏｎｓ　ｆｒｏｍ　ａｎ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ　Ｍｅｍｂｒ　Ｓｃｉ，２００９，３２８：９０

２４Ｎｇａｈ　Ｗ　Ｓ　Ｗ，ｅｔ　ａｌ．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ（Ⅱ）ｉｏｎｓ　ｆｒｏｍ　ａｑｕｅ－ｏｕｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｎｔｏ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ａｎｄ　ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｂｅａｄｓ［Ｊ］．Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｆｕｎｃｔ　Ｐｏｌｙｍ，２００２，５０：１８１

２５Ｈｕａｎｇ　Ｃ，Ｃｈｕｎｇ　Ｙ　Ｃ，Ｌｉｏｕ　Ｍ　Ｒ．Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｕ（Ⅱ）ａｎｄ　Ｎｉ（Ⅱ）ｂｙ　ｐｅｌｌｅｔｉｚｅｄ　ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ［Ｊ］．Ｊ　Ｈａｚａｒｄｏｕｓ　Ｍａ－ｔｅｒ，１９９６，４５：２６５

２６Ｓａｅｅｄ　Ｋ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｍｉｄｏｘｉｍｅ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｐｏｌｙａｃｒｙ－ｌｏｎｉｔｒｉｌｅ（ＰＡＮ－ｏｘｉｍｅ）ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｔｏｍｅｔａｌ　ｉｏｎｓ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ　Ｍｅｍｂｒ　Ｓｃｉ，２００８，３２２（２）：４００

２７Ｄｅｓａｉ　Ｋ，ｅｔ　ａｌ．Ｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓ　ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎｓ　ｆｏｒ　ｆｉｌｔｒａ－ｔｉｏｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２００９，５０（１５）：３６６１

２８Ｘｕ　Ｘ，Ｃｈｅｎ　Ｘ，Ｘｕ　Ｘ，ｅｔ　ａｌ．ＢＣＮＵ－ｌｏａｄｅｄ　ＰＥＧ－ＰＬＬＡ　ｕｌ－ｔｒａｆｉｎｅ　ｆｉｂｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｉｎ　ｖｉｔｒｏ　ａｎｔｉｔｕｍｏｒ　ａｃｔｉｖｉｔｙ　ａｇａｉｎｓｔＧｌｉｏｍａ　Ｃ６ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｒｅｌｅａｓｅ，２００６，１１４（３）：３０７２９Ｂｏｌｇｅｎ　Ｎ，Ｖａｒｇｅｌ，Ｋｏｒｋｕｓｕｚ　Ｐ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎ　ｖｉｖｏ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆ　ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ＰＣＬ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ｆｏｒ　ｐｒｅ－ｖｅｎｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｂｄｏｍｉｎａｌ　ａｄｈｅｓｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｂｉｏｍｅｄ　Ｍａｔｅｒ　ＲｅｓＰａｒｔ　Ｂ：Ａｐｐｌ　Ｂｉｏｍａｔｅｒ，２００７，８１（２）：５３０

３０Ｊｉａｎｇ　Ｈ，Ｆａｎｇ　Ｄ，Ｈｓｉａｏ　Ｂ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃ－ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｂｕｐｒｏｆｅｎ－ｌｏａｄｅｄ　ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｄｅ－ｃｏ－ｇｌｙｃｏｌｉｄｅ）／ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ　ｇｌｙｃｏｌ）－ｇ－ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ［Ｊ］．ＪＢｉｏｍａｔｅｒ　Ｓｃｉ，Ｐｏｌｙｍ　Ｅｄ，２００４，１５：２７９

３１Ｍｅｎｇ　Ｚ　Ｘ，ｅｔ　ａｌ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｎ　ｖｉｔｒｏｄｒｕｇ　ｒｅｌｅａｓｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ＰＬＧＡ／ｃｈｉｔｏｓａｎ　ｎａｎｏｆｉ－ｂｒｏｕｓ　ｓｃａｆｆｏｌｄ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｃｈｅｍ　Ｐｈｙｓ，２０１１，１２５（３）：６０６

３２何创龙．同轴复合纳米纤维的制备、表征及其在生物医学领域中的应用［Ｄ］．上海：同济大学，２００６

３３Ｋｉｍ　Ｋ，Ｙｕ　Ｍ　Ｋ，Ｚｏｎｇ　Ｘ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ　ｐｏｌｙ（Ｄ，Ｌ－ｌａｃｔｉｄｅ）ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｓｃａｆｆｏｌｄｓ　ｆｏｒ　ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００３，２４（２７）：４９７７

３４Ｓｈａｌｕｍｏｎ　Ｋ　Ｔ，Ｂｉｎｕｌａｌ　Ｎ　Ｓ，Ｓｅｌｖａｍｕｒｕｇａｎ　Ｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃ－

·

７

８

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静电纺丝纳米纤维的应用进展／李　岩等

永康乐业静电纺丝机ｗｗｗ．ｕｃａｌｅｒｙ．ｃｏｍ

ｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　

ｏｆ　ｃａｒｂｏｘｙｍｅｔｈｙｌ　ｃｈｉｔｉｎ／ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ）ｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓ　ｓｃａｆｆｌｏｌｄｓ　ｆｏｒ　ｔｉｓｓｕｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅ　Ｐｏｌｙ

ｍ，２００９，７７（４）：８６３３５Ｉｎｏｇｕｃｈｉ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ　ｏｆ　ａ　ｃｏｍｐ

ｌｉａｎｔ　ｅｌｅｃ－ｔｒｏｓｐｕｎ　ｐｏｌｙ（Ｌ－ｌａｃｔｉｄｅ－ｃｏ－ｅｐｓｉｌｏｎ－ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）ｓｍａｌｌ－ｄｉａ－ｍｅｔｅｒ　ｖａｓｃｕｌａｒ　ｇｒａｆｔ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００６，２７（８）：１４７０３６Ｉｎｏｇ

ｕｃｈｉ　Ｈ，Ｔａｎａｋａ　Ｔ，Ｍａｅｈａｒａ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆｇｒａｄｕａｌｌｙ　

ｇｒａｄｅｄ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｓｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙｏｆ　ａ　ｈｕｖｅｃ－ｓｅｅｄｅｄ　ｃｏｍｐｌｉａｎｔ　ｓｍａｌｌ－ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｖａｓｃｕｌａｒ　ｇｒａｆｔ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００７，２８（３）：４８６３７Ｍａ　Ｋ，Ｃｈａｎ　Ｃ　Ｋ，Ｌｉａｏ　Ｓ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｓｃａｆ－ｆｏｌｄｓ　ｆｏｒ　ｒａｐｉｄ　ａｎｄ　ｒｉｃｈ　ｃａｐ

ｔｕｒｅ　ｏｆ　ｂｏｎｅ　ｍａｒｒｏｗ－ｄｅｒｉｖｅｄ　ｈｅ－ｍａｔｏｐｏｉｅｔｉｃ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，２９（１３）：２０９６３８Ｘｉｎ　Ｘ　Ｊ，Ｈｕｓｓａｉｎ　Ｍ，Ｍａｏ　Ｊ　Ｊ．Ｃｏｎｔｉｎｕｉｎｇ　

ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ　ｏｆｈｕｍａｎ　ｍｅｓｅｎｃｈｙｍａｌ　ｓｔｅｍ　ｃｅｌｌｓ　ａｎｄ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｃｈｏｎｄｒｏｇｅｎｉｃａｎｄ　ｏｓｔｅｏｇｅｎｉｃ　ｌｉｎｅａｇｅｓ　ｉｎ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐ

ｕｎ　ＰＬＧＡ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ｓｃａｆ－ｆｏｌｄ［Ｊ］．Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，２００７，２８（２）：３１６３９Ｔｏｒｒｅｓ　Ｖａｒｇａｓ　Ｅ　Ａ，ｅｔ　ａｌ．Ｈｙｐｅｒｂｒａｎｃｈｅｄ　ｐｏｌｙｇｌｙ

ｃｅｒｏｌ　ｅｌｅｃ－ｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｗｏｕｎｄ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＡｃｔａＢｉｏｍａｔｅｒｉａｌｉａ，２０１０，６（３）：１０６９

４０黄争鸣，张彦中．药物和蛋白质与聚己内酯分层复合纳米

纤维的微观结构与力学特性［Ｊ］．高等学校化学学报，２００５，２６（５）：９６８

４１夏苏，王政，杨荆泉，

等．利用静电纺丝技术制备新型生物防护材料［Ｊ］．合成纤维，２００８，３７（１）：１

４２Ｃｈｅｎ　Ｊ　Ｐ，Ｃｈａｎｇ　

Ｇ　Ｙ，Ｃｈｅｎ　Ｊ　Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｃｏｌｌａｇｅｎ／ｃｈｉ－ｔｏｓａｎ　ｎａｎｏｆｉｂｒｏｕｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅ　ａｓ　ｗｏｕｎｄ　ｄｒｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏｌｌｏｉｄｓＳｕｒｆ　Ａ：Ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍ　Ｅｎｇ　

Ａｓｐｅｃｔｓ，２００８，３１３－３１４：１８３４３霍丹群，

罗伟，侯长军，等．静电纺丝纳米纤维在传感器领域的研究进展［Ｊ］．传感器与微系统，２００９，２８（２）：４４４Ｌｉｍ　Ｓ　Ｋ，ｅｔ　ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ　Ｉｎ２Ｏ３ｎ

ａｎｏｆｉｂｅｒｓｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　

ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｓ　ａ　ＣＯ　ｇａｓ　ｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ｂ：Ｃｈｅｍ，２０１０，１４９（１）：２８４５Ｂｉｎ　Ｄ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐ

ｕｎ　ｎａｎｏ　ｆｉｂｒｏｕｓ　ｍｅｍｂｒａｎｅｓ　ｃｏａｔｅｄｑｕａｒｔｚ　ｃｒｙｓｔａｌ　ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ　ａｓ　ｇａｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｆｏｒ　ＮＨ３ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ　Ｂ：Ｃｈｅｍ，２００４，１０１（３）：３７３４６Ｌｕｏ　Ｙ　Ｌ，Ｎａｒｔｋｅｒ　Ｓ，Ｍｉｌｌｅｒ　Ｈ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｕｒｆａｃｅ　

ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａ－ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　

Ｅ．ｃｏｌｉ　Ｏ１５７∶Ｈ７ａｎｄ　ＢＶＤＶ　ｃｅｌｌｓ　ｉｎ　ａ　ｄｉｒｅｃｔ－ｃｈａｒｇｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ　

Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１０，２６（４）：１６１２４７Ｊｉ　Ｌ　Ｗ，Ｌｉｎ　Ｚ，Ｌｉ　Ｙ，ｅｔ　ａｌ．Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆｃｏｒｅ－ｓｈｅａｔｈ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｉｎｎｉｎｇ　

ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ－ｉｎｉｔｉａｔｅｄ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ，２０１０，５１（１９）：４３６８４８Ｚｈａｎｇ　

Ｇ，Ｋａｔａｐｈｉｎａｎ　Ｗ，Ｔｅｙｅ－Ｍｅｎｓａｈ　Ｒ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｐｕｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ　ｆｏｒ　ｐｏｔｅｎｔｉａｌ　ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ　Ｓｃｉ　Ｅｎｇ　

Ｂ，２００５，１１６（３）：３５３４９Ｇｒａｈａｍ　Ｓ．‘Ｓｍａｒｔ’ｓｉｌｉｃｏｎ　ｄｕｓｔ　ｃｏｕｌｄ　ｈｅｌｐ　

ｓｃｒｅｅｎ　ｆｏｒ　ｃｈｅｍｉ－ｃａｌ　ｗｅａｐ

ｏｎｓ［Ｒ］．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ａｍｅｒｉｃａｎ，２００２（责任编辑　王　炎

）

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８８·材料导报Ａ：

综述篇 ２

０１１年９月（上）第２５卷第９期永康乐业静电纺丝机ｗｗｗ．ｕｃａｌｅｒｙ．ｃｏｍ

静电纺纳米纤维与药物控制释放

静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性

静电纺丝技术及其研究进展_杨恩龙

静电纺丝技术及其研究进展*杨恩龙 王善元 李 妮 赵丛涛 (东华大学纺织学院,上海,201620) 摘 要:静电纺丝是目前唯一能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。概述了静电纺丝技术及其发展历程,静电纺丝射流的稳态和非稳态的研究成果。介绍了静电纺丝机、静电纺丝技术的新进展及静电纺纳米纤维膜的应用。最后指出静电纺丝的研究方向。 关键词:静电纺丝,纳米纤维,进展 中图分类号:TQ340.6;TS176 文献标识码:A 文章编号:1004-7093(2007)08-0007-05 近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝(又称电纺)进行深入研究的浓厚兴趣。和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。静电纺纳米纤维的发展历程见表1。 1 静电纺丝技术 1.1 静电纺丝的基本原理 使聚合物溶液或熔体带上高压静电,当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流拉伸细化,同时弯曲、劈裂,溶剂蒸发或固化,沉积于基布上形成纳米纤维膜。 1.2 静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素列于表2。 1.3 静电纺丝的优缺点 静电纺丝法简单、易操作。但是有如下缺点:第一,静电纺丝难以得到彼此分离的纳米纤维长丝或短纤维;第二,目前静电纺丝机的产量很低;第三,静电纺纳米纤维的强度较低。 2 静电纺丝机 2.1 喷丝头与收集板垂直排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板垂直排布(立式)的静电纺丝 *国家自然科学基金资助项目(10602014) 收稿日期:2006-10-26 作者简介:杨恩龙,男,1980年生,在读博士研究生。主要从事静电纺纳米纤维的研究工作。 表1 静电纺丝的发展历程 年 份发 展 历 程 1934 Fo r mha ls申请了制备聚合物超细纤维的 静电纺丝装置专利[1] 1966 S i m ons申请了由静电纺丝法制备超薄、 超细非织造膜的专利[2] 1981 L arrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔 融静电纺丝的研究[3] 1995 R eneker研究组开始对静电纺丝进行研 究。静电纺丝迅速发展[4] 1999 Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及 微观结构作了研究[5~6] 2000 Spivak等首次采用流体动力学描述静电 纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺 参数。R eneker等研究了静电纺丝过程 的不稳定性[7~8] 2003 全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观 形貌的影响因素、表征、过程参数的改 进,以及静电纺丝制取纳米纤维后通过 煅烧制备无机氧化物超细纤维等 2004~2006 开发静电纺纳米纤维的原料。多组分聚 合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法 结合开发新型纳米纤维。捷克利贝雷茨 技术大学与爱勒马可(EL M ARCO)公司 合作生产的纳米纤维纺丝机 纳米蜘蛛 问世 机[9],主要用于静电纺丝的基础研究。 2.2 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机 喷丝头与收集板水平排布的静电纺丝机(卧

静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景..

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。

探讨静电纺丝技术的研究进展

探讨静电纺丝技术的研究进展 摘要：静电纺丝工艺是目前能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法，具有 工艺简单、操作方便、制造速度快等优点，在医学和环保等领域有广泛应用。介 绍了近年来静电纺丝技术及其应用的研究进展，对静电纺丝的原理、影响因素等 方面进行了综述，对静电纺丝技术在未来的应用提出展望。 关键词：静电纺丝；纳米纤维；进展 引言 纳米纤维严格意义上是指纤维直径小于100nm的超微细纤维。它具有比表面 积大、孔隙率高等特点，因而可广泛应用于高效过滤材料、生物材料、高精密仪器、防护材料、纳米复合材料等领域。20世纪90年代纳米技术研究的升温，使 纳米纤维的制备迅速成为研究热点。静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、 操作容易等特点，是目前为止制备聚合物连续纳米纤维最重要的方法之一。 1静电纺丝 静电纺丝设备的简图如图1所示，主要由3部分组成：高压电源、喷丝头和 纤维收集装置。一般采用直流电源供应高压电，而不是交流电源。静电纺丝所需 的高压电为 1～30kV。注射器（或者移液管）将溶液或熔体输送到其末端的喷丝 头处。喷丝头是非常细的金属管且装有电极。收集装置或接收板用于收集纳米纤维，通过改变收集装置的几何尺寸与形状，可调整纳米纤维的排列形态。 2静电纺丝技术的原理 早在1882年，Ｒaleigh的研究发现，带电的液滴在电场中不稳定，进入电场之后，由于 电场力的作用，容易劈裂成较小的液滴。Taylor的研究表明，带电的液滴通过喷丝头进入电 场以后，在电场力以及液体表面张力的共同作用下，液滴逐渐被拉长，形成一个锥状体（Taylor锥），并确定其角度为49.3°。 静电纺丝过程中，聚合物溶液或熔体被挤压到喷丝头，由于电场力和表面张力的作用， 在喷丝头处形成Taylor锥，随着纺丝液不断的被推入电场，纺丝液便会从Taylor锥尖端喷出，在电场中受电场力的作用而被继续拉伸，当射流被拉伸到一定程度时，便会克服表面张力， 发生非稳定性弯曲进而被拉伸并分裂成更细的射流，此时射流的比表面积迅速增大而使溶剂 快速挥发，最终在收集装置上被收集并固化形成非织造布状的纤维毡。 3静电纺丝的影响因素 静电纺丝的影响因素主要包括溶液性质（如黏度、浓度、相对分子质量分布、弹性传导率、介电常数、表面张力等），过程条件（如电压、挤出率、喷丝头与接收装置之间的距离、喷丝头直径等）和环境因素（如温度、湿度、气体流速等）。对于这一方面，很多人进行了 研究。 现有的研究结果表明，在静电纺丝过程中，影响纤维性能的主要工艺参数主要有：聚合 物溶液浓度、纺丝电压、固化距离（喷嘴到接丝装置距离）、溶剂挥发性和挤出速度等。 （1）合物溶液浓度 聚合物溶液浓度越高，粘度越大，表面张力越大，而离开喷嘴后液滴分裂能力随表面张 力增大而减弱。通常在其它条件不变时，随着聚合物溶液浓度的增加纤维的直径也增大。 （2）纺丝电压 随着对聚合物溶液施加的电压增大，体系的静电力增大，液滴的分裂能力相应增强，所 得纤维的直径趋于减少。 （3）固化距离 聚合物液滴经喷嘴喷出后，在空气中伴随着溶剂挥发细流中的同时，合物浓缩固化成纤维，最后被接丝装置接受。对于不同的体系，固化距离对纤维直径的影响不同。例如，对于 聚苯乙烯（PS）/四氢呋喃（THF）体系研究表明，改变固化距离，对纤维直径的影响不明显。

静电纺丝制备纳米纤维

静电纺丝制备MWNTs 高度取向的PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维 刘大伟，李旭，李刚，杨小平 北京化工大学有机/无机复合材料国家重点实验室，北京，100029 CFRP 复合材料在航天航空领域的广泛应用要求其具有良好的强度及韧性[1，2]，然而单向纤维增强树脂基复合材料在垂直于纤维的方向力学性能较差，层间强度低，影响了CFRP 的 整体性能。本课题组采用静电纺丝的方法将MWNTs-Epoxy 预分散在纺丝液中[3]，制备 PSF/MWNTs-Epoxy 杂化的纳米纤维膜，以碳纤维预浸布包覆的辊筒作为静电纺丝的接收器，通过将预浸料按照不同角度铺放于辊筒上以接收纳米纤维,来控制碳纳米管在复合材料中的取向，最终实现复合材料性能的可设计性。我们考察了MWNTs 环氧化改性效果，研究了不同MWNTs-Epoxy 含量对PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维膜微观形貌的影响。研究成果可总结为以下两方面:1)利用纯化、混酸化、环氧化等手段制备了MWNTs-Epoxy 。官能化MWNTs-Epoxy 的环氧基团接枝率为24.87%。MWNTs-Epoxy 在静电纺丝液中分散良好，且静电纺丝液的表面张力和电导率随MWNTs-Epoxy 含量的增加而提高。2)随着MWNTs-Epoxy 含量的升高，通过SEM 、TEM 照片可以看出，PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维的直径逐渐减少，通过取向红外和拉曼谱图研究发现PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维以及嵌于其内部的MWNTs-Epoxy 的取向度逐渐提高。MWNTs-Epoxy 良好的分散于PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维轴向位置。 图 1 5wt% MWNTs-Epoxy 含量的PSF/MWNTs-Epoxy 杂化纳米纤维取向表征图 （a ）SEM 照片（b ）TEM 照片（c ）取向红外谱图（d ）偏振拉曼谱图 本研究为江苏省自然科学基金（BK2011227）资助 参考文献： [1] Williams JC, Starke Jr EA. Progress in structural materials for aerospacesystems. Acta Metall 2003;51(10):5775–99. [2] Ahmed K, Noor AK, Venneri SL, Donald B, Paul DB, Hopkins MA. Structurestechnology for future aerospace systems. J Comput Struct 2000;74:507–19. [3] Gang Li , Xiaolong Jia , Zhibin Huang , Bo Zhu , Peng Li , Xiaoping Yang , Wuguo Dai. Prescribed morphology and interface correlation of MWNTs-EP/PSF hybridnanofibers reinforced and toughened epoxy matrix, Materials Chemistry and Physics 134 (2012) 958-965 10μm 10μm (a) (b) (c) (d) 10μm

通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维【开题报告】

开题报告 应用化学 通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维 一、选题的背景与意义 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。由于能直接、连续制备聚合物纳米纤维，因而成为国内外的研究热点。利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维是今年来发展起来的一项新的技术，然而由于导电高分子具有不溶，不熔的特点，利用静电纺丝技术制备导电聚合物纤维过程中遇到了许多困难，主要的问题在于：第一，导电聚合物刚性结构的特性使得静电纺丝过程难以进行；第二，大多数关于静电纺丝制备导电聚合物纤维的研究和应用仅仅处于实验室阶段，因此，必须通过更加深入的研究来探索静电纺丝技术制备聚合物纤维的最科学、最有效的方法，这将作为一个刺激，来实现在工业中大规模生产可控、可重复利用的静电纺丝聚合体纤维。 二、研究的基本内容与拟解决的主要问题： 综述利用静电纺丝技术制备导电聚合物纳米纤维的方法及相应的导电聚合物纤维的用途，综合对比各种方法的优缺点。 制备聚2乙烯基吡啶纳米纤维，利用它作为模板制备聚吡咯纳米纤维，尝试新的合成导电聚合物纳米纤维的方法。 三、研究的方法与技术路线： 合成聚2乙烯基吡啶，将2-乙烯基吡啶在引发剂存在聚合，产生聚2-乙烯基吡啶。 将聚2-乙烯基吡啶同氯金酸混合后，通过静电纺丝直接在高压下纺成纳米纤维。 上述纳米纤维在吡咯蒸汽中进行气相聚合，制备成核壳结构的聚吡咯纳米纤维。四、研究的总体安排与进度： 2010.07.08至2010.07.11：翻译文献，熟悉实验流程，设计实验步骤； 2010.07.12至2010.08.10：通过静电纺丝技术制备导电高分子纳米纤维；2010.11.08至2010.12.25：完成文献综述，文献翻译和开题报告； 2011.04.18至2011.05.08：撰写论文，准备答辩； 2011.05.12至2011.05.19：论文答辩。 五、主要参考文献： [1].Ioannis S. Chronakis , Sven Grapenson , Alexandra Jakob . Science Direct

超疏水静电纺丝纳米纤维

超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要：这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展，以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁，也成为“荷叶效应”，就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合，在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则，为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数，这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度，静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外，本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字：超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望

Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook

静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用

综述与专论 合成纤维工业,2009,32(4):48CH I NA SYNTHETI C FI BER I NDUSTRY 收稿日期:2008 09 17;修改稿收到日期:2009 05 27。作者简介:董晓英(1956 ),教授。从事纳米材料的教学和科研工作。 静电纺丝纳米纤维的制备工艺及其应用 董晓英1 董 鑫 2 (1.江苏技术师范学院,江苏常州 213001;2.慕尼黑大学,德国慕尼黑 80539)摘 要:简述了静电纺丝制备纳米纤维的原理;探讨了静电纺丝电压、流速、接收距离、溶剂浓度等工艺条 件;介绍了同轴静电纺丝制备皮芯结构的超细纤维及中空纤维技术以及静电纺丝纳米纤维毡在生物医药方面的应用。指出静电纺丝纳米纤维材料在生物医用方面具有广阔的应用前景,进一步实现低压纺丝、开发无毒溶剂,控制同轴静电纺丝纳米纤维的释放性能是今后静电纺丝的研发方向。 关键词:静电纺丝 纳米纤维 工艺 生物 医药 应用 中图分类号:TQ 340.64 文献识别码:A 文章编号:1001 0041(2009)04 0048 04 静电纺丝法是一种高速制备纳米纤维的有效方法,其装置简单,成本低廉,供选择的基体材料和所载药物种类众多,可通过改变电压、流速、接 收距离、溶液浓度配比等纺丝工艺控制纤维形貌,从而控制药物的释放。静电纺丝纳米纤维在生物、医药方面有着广泛的应用。1 静电纺丝及其工艺条件 静电纺丝技术最早报道于1934年的美国专利[1] ,发明人For mhals 用静电斥力的推动成功纺出醋酸纤维素纤维,溶剂为丙酮和乙醇。后来,For mha ls 改进了静电纺丝设备,通过多个针头纺丝或复合纺丝 [2] 。 1969年,英国Taylor [3] 研究了强电场作用下 水/油界面的形成。首先,从理论计算上考虑电场、重力和溶液粘度的影响,建立了锥状物模型,即在高压电场下溶液喷出前的形状称为Tay lor 锥。Tay l o r 还根据其模型计算了喷出时的临界锥角为98.6 。 静电纺丝纤维喷出针头后,在空中弯曲回转,最后落在接收器上,给人多股纤维同时喷出的印 象。阿克隆大学的Dosh i 等[4] 假设带电高分子溶液在喷出后互相排斥,克服表面张力而分裂成若干股纤维,落到接收器上形成无纺纤维毡。但是 麻省理工学院的Shin 等[5]和以色列的Yari n [6] 等通过高速成像,只有1股纤维从喷丝口喷出,然后在电场力作用下快速弯曲旋转,给人以很多股纤维的假象。1971年,杜邦公司的B au m garten [7] 研究了纺丝工艺参数对丙烯酸在N,N 二甲基甲酰(D M F)胺溶液中静电纺丝纤维直径的影响。纺 丝工艺参数主要包括喷射距离、溶液粘度、环境气体、流速和电压等。 1.1 电压 足够的电压是形成连续稳定纤维的先决条件。如果电压过小,则产生静电喷射,形成独立的珠状物。随着电压的增加,逐渐形成串珠结构,电压进一步增大,串珠逐渐减少,直至形成连续稳定 的纤维。Deitzel 等[8] 研究了聚氧化乙烯(PEO )/水体系中电压对喷丝口Tay lor 锥表面的影响。结果表明,当电压较小时,Tay lor 锥形成于针头外悬挂液滴的表面;随电压增加,液滴体积逐渐变小,直至液滴和Tay lor 锥相继消失。同时,纤维上串珠的分布密度也随电压增大而增加。因此,一般适宜电压为10~25kV 。1.2 流速 流速是影响静电纺丝纤维形貌的另一重要参数。M ege lski [9] 等研究了静电纺丝流速对聚苯乙烯/四氢呋喃(THF)体系的影响,随着流速增大,纤维直径增加,纤维表面的孔径也增大。同时,流速增大也促进了更明显的串珠结构,其原因是溶剂在到达接受装置前不能完全挥发。目前所采用的流速为1~3mL /h 。1.3 接收距离 接收距离也会在一定程度上影响静电纺丝的 纤维形貌。Jaeger [10] 等研究了PEO /水溶液的静电纺丝行为,随着接收距离由1c m 增大到3.5c m,纤维直径从19 m 下降到9 m 。根据M egel

静电纺丝法制备SrTiO_3多晶微纳米纤维

Vo.l 28 高等学校化学学报No .72007年7月 CHEM I CAL J OURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 1220~1222 静电纺丝法制备SrTi O 3多晶微纳米纤维 周险峰1,2,赵 勇2,曹新宇2,薛燕峰1,许大鹏1,江 雷2,苏文辉1 (1.吉林大学物理学院,长春130012;2.中国科学院化学研究所分子科学中心,北京100080) 摘要 应用静电纺丝法并结合So l g el 技术制备了SrT i O 3微纳米纤维.SE M,TEM 及电子衍射分析结果显示,于900 煅烧获得的纤维直径分布在50~400n m 之间,其典型直径约为280n m.XRD 分析结果表明,纤维由立方结构的S r T i O 3晶粒组成,平均晶粒尺寸为33n m. 关键词 静电纺丝;溶胶 凝胶;钛酸锶(Sr T i O 3);超细纤维 中图分类号 O 614 文献标识码 A 文章编号 0251 0790(2007)07 1220 03 收稿日期:2007 03 19. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:30370406)资助. 联系人简介:许大鹏(1960年出生),男,博士,教授,博士生导师,主要从事稀土纳米材料研究.E m ai:l xudp@jlu .edu .cn 钛酸锶(Sr T i O 3)为典型的ABO 3钙钛矿型氧化物,由于具有高介电常数、低介电损耗和热稳定性好等优点,在电子、机械和陶瓷工业领域中已得到广泛应用[1].近年来,Sr T i O 3纳米材料的制备和研究 已引起了人们的极大兴趣,但已有研究主要集中于纳米粉体和纳米薄膜上 [2,3],而具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米纤维的制备及研究还未见报道. 作为一种制备微纳米超细纤维重要而简单的方法,静电纺丝技术被应用于无机材料微纳米纤维的制备始于2002年[4],至今人们已制备出20多种无机材料超细纤维[5~7].当前国际上微米/纳米系统的研究热点是纳米材料的可控调变制备及其在纳电子学中的应用,通过制备尺寸、形貌和结构都可控的微米/纳米结构单元,进而研究组装分子电子器件、纳米结构传感器等新型器件.因此,制备具有准一维结构的Sr T i O 3微纳米电子陶瓷纤维,在纳电子学研究方面具有重要的应用价值.本文应用静电纺丝法并结合溶胶 凝胶(So l ge l)技术,制备了Sr T i O 3多晶微纳米纤维. 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 乙酸锶[Sr(C H 3C OO )2 1/2H 2O )],分析纯,A lfa A esar 公司;钛酸四丁酯[T i(OC 4H 9)4],化学纯,北京化学试剂公司;聚乙烯吡咯烷酮(P VP), A.R.级,ALDR I C H 公司,平均分子量1300000;无水乙醇(C 2H 5OH )和冰醋酸(C H 3COOH )均为分析纯,北京化学试剂公司. JEOL JS M 6700F 型扫描电子显微镜(SE M );J EOL 100CX 型透射电子显微镜(TE M );R i g aku D /m ax 2500型X 射线衍射仪(XRD);STA 409PC 型差热 热重分析仪(TG DSC ,NETZSC H 公司). 1.2 前驱体溶胶的配制 在搅拌下,将0 54g 乙酸锶缓慢地加入到10mL 质量分数为10%的PVP 乙醇溶液中,再滴入1mL 冰醋酸,然后把0 85g 钛酸四丁酯边搅拌边滴入到上述溶液中,在室温下搅拌2h,得到前驱体溶胶. 1.3 静电纺丝 将前驱体溶胶加入到由玻璃注射器制成的纺丝器中(纺丝喷头内径为0 8mm ),用一根插入前驱体溶胶中的铜丝作阳极,铝箔作阴极,铝箔与水平面成30!角,阳极和阴极之间的垂直距离为15c m,在18kV 电压下静电纺丝,在铝箔上即得到无序排列的复合超细纤维. 1.4 Sr T i O 3微纳米纤维的制备 将从铝箔上取下来的复合纤维放入马弗炉中,以2 /m i n 的速率升温,在600,800和900 下分

静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展_李蒙蒙

基金项目:国家自然科学基金(20904037)、江苏省自然科学基金(BK2009141); 作者简介:李蒙蒙(1988-),男,硕士研究生,主要从事静电纺丝制备纳米材料及其性质等方面的研究; ＊通讯联系人,E -mail :dy yang2008@sinano .ac .cn . 静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展 李蒙蒙1,2,朱　瑛1,仰大勇1＊,蒋兴宇3,马宏伟1 (1.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州　215125; 2.青岛大学物理科学学院,青岛　266071; 3.国家纳米科学中心,北京　100190) 摘要:静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制 备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究 的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展 方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应 用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。 关键词:静电纺丝;纳米纤维薄膜;应用进展 引言 静电纺丝是一种简便易行、可以直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法,其制备的纳米纤维薄膜通常是以无纺布形式存在的。静电纺丝技术具有一些突出的优点:设备和实验成本较低,纤维产率较高,制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内),并且适用于许多不同种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维薄膜在许多领域具有广泛的潜在应用 [1～6]。静电纺丝的原理和设备如图1(a )所示[7],高压电源提供高压,正极接在医用注射器的不锈钢针头上, 负极(接地)接在铝箔上。电压一般在5kV 到30kV 之间,针头到收集极间的距离(工作距离)一般在5cm 到20cm 之间。实验时,将纺丝溶液装入注射器内,并加上高压。由于高压电场的作用,在针头处形成“泰勒锥”。溶液在高电压作用下形成射流,并经过多次分裂,同时溶剂快速挥发,在收集板上就得到了微纳米尺度的纤维,如图1(b )&(c )所示 。 图1　(a )静电纺丝的装置示意图及得到的聚合物纳米纤维的(b )数码照片和(c )电镜照片[7] Fig ure 1　(a )Schematic illustration of electr ospinning se t -up ;(b )Dig ital came ra imag e and (c )SEM image o f electro spun nanofiber s co llected on an aluminum fo il [7] 近年来,静电纺丝逐渐成为材料科学与纳米科技的研究热点之一,吸引着全世界的科技工作者。纵观近期已发表的相关文献,研究的内容包括以下几个方面:(1)新材料静电纺丝的制备,主要包括生物材

认识静电纺丝

静电纺丝即在高压静电下用聚合物溶液进行纺丝的过程。静电纺丝可以制备直径在几十到几百纳米的纤维，产品具有较高的孔隙率和较大的比表面积，成分多样化，直径分布均匀，在生物医学、环境工程以及纺织等领域具有很高的应用价值。 原理 将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。 当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。

装置 静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。其中，高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。 高聚物

目前静电纺丝技术已经可用于几十种不同的高分子聚合物，既包括聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的静电纺丝，也包括聚氨酯弹性体的静电纺丝以及液晶态的刚性高分子聚对苯二甲酰对苯二胺等的静电纺丝。 影响因素 静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如黏度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。 溶液黏度对纤维性能的影响 同轴静电纺丝

同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来，其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液，二者在喷头末端汇合，在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。 同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷，所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。 应用

静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究

建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快，污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标，由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活，更是严重危害人民的身心健康；水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此，开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级，且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控，大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 （1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中材科技股份有限公司，江苏南京 210012） [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性，在多个领域都有着不可替代的作用，尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果，展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤；液体过滤；被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域，表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程，最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中，一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3]，这是首次利用高压静电制备纤维的装置，其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.wendangku.net/doc/0415821894.html,ki.jskj.2018.21.014

明胶静电纺丝的研究进展

第33卷第1期明胶科学与技术2013年3月T he Sci ence and T echno l ogy of G e l a t i n V01．33．N o．1 M a r．2013． 明胶静电纺丝的研究进展 卢伟鹏张兵+郭燕川” 中国科学院理化技术研究所，北京，100190 摘要：作为天然高分子之一的明胶无毒无味，具有优异的生物相容性及生物可降解性。利用静电纺丝技术制备的明胶纳米纤维膜材料能最大程度地仿生天然细胞外基质的胶原蛋白结构，因此在生物医用材料领域具有广泛的应用，引起了国内外学者的普遍关注。本文介绍了明胶静电纺丝装置、工艺的研究进展，同时总结了明胶静电纺丝纳米纤维膜材料在生物医疗领域内的应用研究情况，并展望了明胶静电纺丝工艺与明胶纳米纤维膜材料的发展趋势和研究方向。 关键词：明胶；静电纺丝；纳米纤维；进展 静电纺丝技术(El ect r os pi nni ng f i ber t e ch—ni que)是指带电的高分子溶液(或熔体)在静电场力的作用下拉伸变形，再经溶剂挥发(或熔体冷却)而固化，从而获得纳米纤维的工艺。静电纺丝这一技术最早在1934年由美国For m hal s提出¨．2J。1966年，Si m ons发明了一种电纺装置，制备出超薄的无纺布∞J。1981年M anl ey和La=ondo利用静电纺丝将聚乙烯和聚丙烯熔体制备成连续纤维H“J。20世纪90年代初，美国阿克伦大学R ene ker课题组对该技术进行了进一步研究，利用静电纺丝技术制备了多种聚合物直径较小的纤维，推动了静电纺丝技术的发展o7，8|。近十年来随着对纳米材料的广泛应用及独特性能的开发，静电纺丝技 }e-m a i l：Z hangbi ng@m ai l．i pc．ac．cn {}e-m ai l：Y anchuanG uo@m ai l．i pc．ac．cn 术的实验和理论工作也得到了深入的研究。目前已有几百种聚合物通过静电纺丝技术制备出超细纤维材料，其中包括合成的可降解聚合物，例如聚乳酸、聚乙交酯、聚氧化乙烯、聚己内酯等及其共聚物，天然高分子如蚕丝蛋白、纤维蛋白、胶原蛋白、壳聚糖、透明质酸、D N A 等。天然高分子在生物相容性和生物可降解性方面比合成高分子具有更大的优势，更适合生物医疗方面的应用，受到国内外学者的青睐。 明胶是由动物体内的胶原蛋白水解制备而成，其氨基酸组成和胶原相似，具有良好的生物相容性、可降解性以及低免疫原性∽。11|。因此，明胶在国民的生产生活中应用具有重大的意义。目前常用的明胶加工手段(冻干、涂布、浸渍等)制备出各种明胶产品，例如明胶海绵、明胶膜、胶囊、胶片，其不具有纳米结构，因此产品在生物相容性、生物可降解性上具有一定的缺陷，造成其机械性能、防潮、抗湿、抗菌方面性能的降低；同时也影响明胶优良生物活性的发挥。利用静电纺丝技术，可简单快捷地制备具有纳米结构的纤维膜材料。从结构上讲，其具有明显的小尺寸效应，大的比表面积和超分子的排列效果。另外，明胶纤维膜材料表面形成很多微小的二次结构，这与细胞外基质的结构类似，更接近于生物体的结构尺寸；从性能上讲，由于其特殊的纳米结构，纤维膜材料具有很强的吸附力、良好的过滤性、阻隔性、粘合性、保湿性、良好的生物相容性及生物

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用

静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用 戚妙北京永康乐业科技发展有限公司 １．静电纺过滤材料简述 一般说来，人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行：天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]：①机织物、针织物、编织网和纤维束等；②纺粘和熔喷无纺布；③多孔陶瓷材料；④有机膜和无机膜材料； ⑤静电纺丝材料。 传统纤维过滤材料是直通的孔隙，其孔隙率也只有30%～40%[4]。从生产工艺流程角度审视，传统纤维织造过滤材料流程长，产品的生产效率低，主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤，滤料本身产生的阻力也比较大；且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后，才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用，如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时，就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。 在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点，现将其归纳成以下几个方面[5-9]。 （1）纤维直径小，均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径，因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器，随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。 （2）小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%～90%，这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时，对水流只会产生较小的阻碍比。 （3）大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积，这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率，这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次，当过滤的颗粒非常小时，这些细小的颗粒会堆积在膜表面，产生所谓的“层效应”，也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。 （4）可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中，大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面，只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积，这就决定了该过滤材料方便清洁的特性，它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。 （5）低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一，它的优点甚多，可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。 目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域，其对直径在0.3um以下的颗粒，过滤效率可达到99.97%以上，也由于它出色的过滤精度，该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用 根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面： 2.1气体过滤

静电纺丝原理研究进展

静电纺丝原理研究进展 薛聪,胡影影,黄争鸣* (同济大学航空航天与力学学院,上海200092) 摘要:纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点,受到广泛的关注。在众多制备纳米纤维的方法中,静电纺丝是一种高效的技术,其中同轴共纺技术由于能制备芯2壳(core2shell)结构的纳米纤 维,也越来越引起人们的关注。本文介绍了基于电流体动力学的静电纺丝原理,讨论了静电纺丝相关原理研究 进展,包括Taylor锥与喷射,纳米纤维的弯曲非稳定性,高聚物溶液P熔融体流动非稳定性,两相流流型及其转 换,高聚物两相流流型及其转换,非牛顿流体流动非稳定性以及两种非牛顿流体分层流动等,最后指出了尚待 解决的一些问题。 关键词:静电纺丝;流体动力学;非牛顿流体;两相流 引言 静电纺丝技术在1934年首先由Formhals[1]提出,随后的相当长一段时间又有多项专利出现。到了20世纪80年代,才有人开始对该技术进行大量的实验和理论研究。近年来,随着纳米材料研究的兴起,人们发现,由电纺制得的纤维的直径可以达到纳米级,使得这种技术重新受到重视并出现了大量的文献[2]。目前,主要是从事化工和高分子领域的科学家在研究静电纺丝,但显而易见的是,电纺过程中涉及了大量的流体动力学方面的内容,因此也受到了力学界的关注。 早在上世纪60年代,电纺过程中有关流体动力学方面的研究就已经开始了[3]。由于静电纺丝所使用的溶液或熔融体大多为非牛顿流体,因此随着流体力学研究的不断深入,特别是非牛顿流体相关研究的深入,推动了电纺理论的发展。近期,一种新的电纺方法)))同轴电纺及其紧密相关的同轴射流技术,引起了人们极大的关注[4~8],并被认为是静电纺丝技术最近的三大进展之一[9],因此对同轴电纺理论研究同样引起了包括力学家在内广大学者的极大兴趣。相比于传统单纺,同轴共纺的流体动力学问题更多也更复杂,并且如何将现有的研究成果与同轴共纺结合起来,需要广大学者进一步的研究和探讨。本文重点介绍了电纺中流体动力学的研究成果及进展,以期对该方面的研究现状和未来发展趋势有一个较好的认识。 本文首先介绍静电纺丝原理,包括Taylor锥与喷射、纳米纤维的非稳定性、高聚物溶液或熔融体在毛细管中流动的非稳定性,然后介绍了同轴电纺和单纺之间的异同、微重力条件下两相流流型与转换、非牛顿流体两相流流型与转换以及两种非牛顿流体分层流动非稳定性相关研究,最后为小结。 1静电纺丝实验装置与基本原理 111电纺过程 电纺装置包括:高压电源,溶液储存装置,喷射装置(如内径1mm的毛细管)和收集装置(如金属平板、铝箔等)。图1为本实验室所用的单纺装置。 高压静电场(一般在几千到几万伏)在毛细喷丝头和接地极间瞬时产生一个电位差,使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体)克服自身的表面张力和粘弹性力,在喷丝头末断呈现半球状的液基金项目:国家自然科学基金(50773054、10402031); 作者简介:薛聪(1980-),男,硕士研究生,主要从事同轴静电纺丝制备透光复合材料的研究; *通讯联系人:E2mail:huangzm@https://www.wendangku.net/doc/0415821894.html,.