靜電紡絲制備納米纖維的特點

靜電紡絲制備納米纖維的特點

靜電紡絲法的主要特點是將各種材料（主要是聚合物）紡成納米纖維形狀，另外還具有纖維形狀的控制相對容易的特點。     

目前為止實現了用以下材料來進行靜電紡絲實驗。（見圖1）

?工業熱塑性聚合物             

?可生物降解聚合物             

?聚合物混合物             

?與無機化合物混合的復合材料

靜電紡絲法通常使用材料溶解于溶劑中的溶液作為紡絲材料。

近年來，氧化鋁、氧化鋯、鈦氧化物、鋯鈦酸鉛等陶瓷納米纖維的紡絲實例頻頻出現。

靜電紡絲系統，如圖1所示，由高壓電源、聚合物溶液、注射器、噴頭和接地收集器組成。聚合物溶液將以恒定的速度從注射器中推出至噴頭上。

在噴頭上施加20kv至40kv的高壓，當電吸引超過聚合物溶液的表面張力時，聚合物溶液噴射器將注向收集器。射流中的溶劑逐漸揮發，當到達收集器時，射流將降低到納米級。

納米纖維的特性和功效

1.小尺寸效應：由于比表面積增大、體積減少，使反應性和選擇性明顯提高，使超低消耗等能以具體化。隨著纖維直徑的納米化，材料的聲、光、電磁、熱力學性質將會改變。

2.超分子排列效果：由于分子規整排列，可實現自我組織化，從而可顯現統一的功能。

3.認識細胞生物體材料的效果：結合細胞的認識而制成特異結構的納米纖維。

4.階層結構效果：即由于納米聚合物鏈水平的納米階層結構而出現的新效果。

納米纖維應用舉例

1、復合材料增強

用納米纖維作為增強劑加固復合材料研究較多的是碳納米纖維、碳納米管，它們的復合材料密度僅為鋼鐵的1/6，強度卻達鋼鐵的100倍。盡管納米纖維的含量低，卻使復合材料的強度和硬度顯著提高。壓層材料常出現層脫現象，在其薄膜間添加納米纖維，壓層材料重量和層間距離幾乎不變，層間韌性卻顯著提高。

2、高效過濾介質

納米纖維復合制品具有阻隔高滲透懸浮粒子的性能，可大大提高過濾效率。作為氣相、液態的過濾或分離介質，可在制藥、實驗室、醫院、食品、化學及化妝品工業中使用，也可用于制作防化服或生物戰地服裝。將納米纖維網片與濕法成型的纖維素纖維非織造布復合，用于引擎系統的清潔過濾，可去除直徑為0.7～70 μm的粒子。納米纖維與某些選擇性試劑復合的纖維用于開發分子過濾器，將可能實現水汽與有機氣體和CO2和O2的分離。

3、生物醫藥領域應用：

納米纖維可用于人造血管、藥物輸送材料等中。在做細胞工程支架材料時，其作用是提供傳導性能和結構支撐，并改進支架的多空性；在藥品封裝中使用，可控制活性組分的傳輸。納米纖維材料還是燒傷病人理想的包扎繃帶藥物在人體內溶解速度快則吸收快，而藥物、載體的表面積則影響固體藥物的溶解速度，通過設計將藥物和納米纖維復合，可控制藥物在人體內的立即釋放、緩和釋放、延遲釋放。

整個人體的組織和器官幾乎都是納米結構單元的沉積，如骨頭、牙齒、皮膚等都是納米結構在納米尺度上的排列，人體細胞易于附著在直徑小于細胞本身的纖維周圍進行再生。使用生物高分子和生物可降解高分子的電紡絲納米纖維研制一種支架，能使細胞附著其上并向內生長最終實現生物復制，替換生物體內已經損壞的組織和器官。

用傳統的醫用紗布包扎傷口，除去紗布后會留下疤痕，而用生物相容的納米纖維制成的無紡布膜是結構精細多孔的薄膜，不僅能防止氣溶膠的進入和真菌的滋生，還可迅速吸收傷口的滲出液，除去后不留下疤痕。納米纖維易于生物降解，用它縫合傷口不必拆線，簡化醫療程序，減少痛苦。

4、精密電子和光學器件

導電納米纖維中特殊排列的高分子聚集體被稱為晶體缺陷，它使納米纖維內高分子本身具有傳輸和轉動功能。以納米纖維為載體能將納米器件排布起來，互相連接成大規模集成電路。由于化學反應速率與電極表面積成正比，因此大表面積導電納米纖維膜非常適用于制造高性能電池和多孔電極。最近發現的發光高分子和納米纖維的復合材料發生熒光藍移，這種材料有望在分子電子學等方面得到應用。

5、服裝領域的研究與產品應用

東華大學丁彬&斯陽介紹了一種兼具有效抗菌和抗病毒活性的綠色納米纖維，該設計的優勢在于納米纖維可以吸收和存儲可見光能，并在明亮或黑暗的環境下保持活性。此外，將功能性納米纖維快速噴涂到現有的防護服和口罩等PPE上，經修飾的PPE具有穩定的ROS生成、良好的儲存活性潛力、長期耐用性以及較高的殺滅細菌（>99.9％）和病毒的能力（>99.999％）。米纖維，在這些方法中靜電紡絲法以操作簡單、適用范圍廣、生產效率相對較高等優點而被廣泛采用。