靜電紡絲制備納米纖維的特點(diǎn)

靜電紡絲法的主要特點(diǎn)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(duì)容易的特點(diǎn)。     

目前為止實(shí)現(xiàn)了用以下材料來(lái)進(jìn)行靜電紡絲實(shí)驗(yàn)。（見(jiàn)圖1）

?工業(yè)熱塑性聚合物             

?可生物降解聚合物             

?聚合物混合物             

?與無(wú)機(jī)化合物混合的復(fù)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(lái)，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(shí)例頻頻出現(xiàn)。

靜電紡絲系統(tǒng)，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(dāng)電吸引超過(guò)聚合物溶液的表面張力時(shí)，聚合物溶液噴射器將注向收集器。射流中的溶劑逐漸揮發(fā)，當(dāng)?shù)竭_(dá)收集器時(shí)，射流將降低到納米級(jí)。

納米纖維的特性和功效

1.小尺寸效應(yīng)：由于比表面積增大、體積減少，使反應(yīng)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(xué)性質(zhì)將會(huì)改變。

2.超分子排列效果：由于分子規(guī)整排列，可實(shí)現(xiàn)自我組織化，從而可顯現(xiàn)統(tǒng)一的功能。

3.認(rèn)識(shí)細(xì)胞生物體材料的效果：結(jié)合細(xì)胞的認(rèn)識(shí)而制成特異結(jié)構(gòu)的納米纖維。

4.階層結(jié)構(gòu)效果：即由于納米聚合物鏈水平的納米階層結(jié)構(gòu)而出現(xiàn)的新效果。

納米纖維應(yīng)用舉例

1、復(fù)合材料增強(qiáng)

用納米纖維作為增強(qiáng)劑加固復(fù)合材料研究較多的是碳納米纖維、碳納米管，它們的復(fù)合材料密度僅為鋼鐵的1/6，強(qiáng)度卻達(dá)鋼鐵的100倍。盡管納米纖維的含量低，卻使復(fù)合材料的強(qiáng)度和硬度顯著提高。壓層材料常出現(xiàn)層脫現(xiàn)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(guò)濾介質(zhì)

納米纖維復(fù)合制品具有阻隔高滲透懸浮粒子的性能，可大大提高過(guò)濾效率。作為氣相、液態(tài)的過(guò)濾或分離介質(zhì)，可在制藥、實(shí)驗(yàn)室、醫(yī)院、食品、化學(xué)及化妝品工業(yè)中使用，也可用于制作防化服或生物戰(zhàn)地服裝。將納米纖維網(wǎng)片與濕法成型的纖維素纖維非織造布復(fù)合，用于引擎系統(tǒng)的清潔過(guò)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(fù)合的纖維用于開(kāi)發(fā)分子過(guò)濾器，將可能實(shí)現(xiàn)水汽與有機(jī)氣體和CO2和O2的分離。

3、生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用：

納米纖維可用于人造血管、藥物輸送材料等中。在做細(xì)胞工程支架材料時(shí)，其作用是提供傳導(dǎo)性能和結(jié)構(gòu)支撐，并改進(jìn)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(nèi)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(guò)設(shè)計(jì)將藥物和納米纖維復(fù)合，可控制藥物在人體內(nèi)的立即釋放、緩和釋放、延遲釋放。

整個(gè)人體的組織和器官幾乎都是納米結(jié)構(gòu)單元的沉積，如骨頭、牙齒、皮膚等都是納米結(jié)構(gòu)在納米尺度上的排列，人體細(xì)胞易于附著在直徑小于細(xì)胞本身的纖維周圍進(jìn)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(xì)胞附著其上并向內(nèi)生長(zhǎng)最終實(shí)現(xiàn)生物復(fù)制，替換生物體內(nèi)已經(jīng)損壞的組織和器官。

用傳統(tǒng)的醫(yī)用紗布包扎傷口，除去紗布后會(huì)留下疤痕，而用生物相容的納米纖維制成的無(wú)紡布膜是結(jié)構(gòu)精細(xì)多孔的薄膜，不僅能防止氣溶膠的進(jìn)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(jiǎn)化醫(yī)療程序，減少痛苦。

4、精密電子和光學(xué)器件

導(dǎo)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(nèi)高分子本身具有傳輸和轉(zhuǎn)動(dòng)功能。以納米纖維為載體能將納米器件排布起來(lái)，互相連接成大規(guī)模集成電路。由于化學(xué)反應(yīng)速率與電極表面積成正比，因此大表面積導(dǎo)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(fā)現(xiàn)的發(fā)光高分子和納米纖維的復(fù)合材料發(fā)生熒光藍(lán)移，這種材料有望在分子電子學(xué)等方面得到應(yīng)用。

5、服裝領(lǐng)域的研究與產(chǎn)品應(yīng)用

東華大學(xué)丁彬&斯陽(yáng)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(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于納米纖維可以吸收和存儲(chǔ)可見(jiàn)光能，并在明亮或黑暗的環(huán)境下保持活性。此外，將功能性納米纖維快速噴涂到現(xiàn)有的防護(hù)服和口罩等PPE上，經(jīng)修飾的PPE具有穩(wěn)定的ROS生成、良好的儲(chǔ)存活性潛力、長(zhǎng)期耐用性以及較高的殺滅細(xì)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(jiǎn)單、適用范圍廣、生產(chǎn)效率相對(duì)較高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。