电纺丝研究的总结

电纺丝：将彻底转变历史的车轮？最终给出了个人见解。前言：一维材料性能独特，应用广泛，是争论热点。合成和制备方法已进展不少，纤维、线、管、棒、带、螺旋、环等构造都已做出。在全部的方法中，电纺丝最简洁，而且可以制备实心或者空心的，长度任意长，直径特均匀，成分可随便变，也可通过改性与或者反响掺杂等电荷的库仑排斥力和静电引力。电纺丝可持续工作，而且直径更小。电纺丝技术可以认为是静电喷丝技术的变化形式液而言，工作原理是带电射流的曲张裂开，而电纺丝一般是高粘滞的溶液，易挥发的溶剂，外表电荷的库仑排斥。静电喷丝技术已广泛应用到各个领域如质谱技术，涂料，喷墨打印，1934年，Formalas想利用外表电荷的排斥来199390少争论小组特别是Reneker小组对该方法都有很大的兴趣并从大量的高分子有机物制备了纤上升，由于其简洁，多功能性，敏捷性，以及有潜力的作用。本文主要描述了哪些东西bd。本文的主要构造有以下几个局部。根本装置：一般的装置如以下图所示，主要三个局部：高压电源、金属喷丝头〔毛细管、接地的接收器。高压电源一般在1-30kv，一般为直流，但沟通也可。金属喷丝口和一个注射器连接，注射器由甭可以掌握恒定注射量。溶液主要受三种力，静电排斥力和库仑引力，外表张力。当电压〔理论上正在研究中，有争论，一般认为是排斥劈裂，摇摆不稳定〕就纺丝了，形成无纺织布。目前已经超过50种的高分子有机物可以纺丝，直径一般在几十个纳米到几个微米之间。改进的装置：为了解决排列的问题，引入了转动接收极。接收极大小及其转速、转向是重要参数。为了解决低产率问题，引入了多孔金属喷丝头。要解决均匀性和相干性问题，技术上要解决加工和匹配问题。为了制备多级构造，或者解决成分单一的问题，引入了同轴电缆型喷丝头。内外溶液粘滞性和溶剂挥发性的匹配很重要。在小型芯片上要把纳米纤维引入，不要高压和注射泵或者针尖，小滴在两个微电极上加个电势差即可成丝。这使得纺丝技术可以和集成电路兼容。工作机理、理论模型：纺丝过程是一个很简单的电流体力学问题。1999年之前认为是一个由于静电排斥的劈裂和张开过程，近年来试验觉察它更是一个弯曲不稳定性〔bendinginstability〕的过程。如上图，图A给出的是一个分裂的过程，但高区分的照相觉察它首先是一个直线，越来越建立。理论争论是掌握和组装的根底，很重要，它的关键是如何描述射流的运动轨迹方程。参数掌握：主要有直径、形貌、成分、二次构造；掌握是设计的前提，也是进展试验首先要考虑的问题。〔聚合物链的构型、粘滞性、弹性、电导率、极性、溶液的外表张力；试验操作条件〔和接收极的距离、聚合物溶液的供给速率、喷丝头直径大小丝中，存在集聚珠子现象，这是最一般的问题。如以下图：受力分析：三种力，外表张力、静电排斥力、粘弹性力，珠子是由于外表张力过大，可以通过后两种力来抵消它。一般粘弹性大即浓度大，珠子少，电场的作用比较难考察，它的作用是两方面的，假设太大会造成不稳定，从而珠子反而增加。对于丝的横截面，一般是圆形或者带状，由于挥发，在纺丝过程中可能丝带有皮肤，而皮肤快速又崩溃了。一般影响直径大小的参数有：聚合物浓度〔浓度大，直径大、聚合物电导率〔可参加无机盐提高电导率使d小、外加电压大小〔实际参数应当是电场强度，因而与距离有关、溶液供给速度，固然最关键的因素是外表张力和静电排斥力的相互作用。宽了。例如想方法使得光、电、磁、机械、生物学功能的材料埋入到聚合物，甚至可以共同埋入来到达多功能效果。功能高聚物及其混合物：主要有导电性、压电性、半导体性、电发光性、感光性等等。选择好的基体很重要。无机/有机复合材料和陶瓷材料：由于对粘弹性的要求，电纺丝受到了极大的限制。但现在知道，传统sol-gel方法得到的胶体也可以纺丝，但sol-gel溶液的条件和聚合物溶液的条件要尽量一样。一般这样得到的丝直径在几百个纳米。可以让sol-gel反响在射流的过程中发生，这样得到的直径小很多。通过煅烧，有机物将失去，从而只剩下无机物，成为所谓的陶瓷材料。功能材料〔特别是低维功能材料〕的包裹：纳米粒子、纳米线等一维材料、生物分子物种等。参加无机物的前驱物到聚合物中，再材料中，一个要解决的问题是分散〔溶解〕问题，实际上，即使不溶解，也可以作成乳状液进展纺丝。对已纺成的丝改性：有很多种方法。可以在外表镀膜〔电化学沉积是不错的选择，形成同轴电缆构造，这过这些改性，在不转变丝形貌的状况下，丝的化学、热、力学、液体侵湿、吸附等性能为电纺丝纳米纤维的转变供给了很多的路径。例如：热处理转化、反响性转化等，这使得很多不能够用电纺丝制备的纤维可以通过转化得到。掌握二次构造：主要有core-sheath构造，hollow构造、porous构造。核-鞘构造：传统装置而言，也可能得到。一种溶剂，两种高聚物，溶剂挥发时，相分别。最便利的方法是利用同轴电缆似的喷头，如以下图：一般认为由于纺丝过程极快，两种溶液几乎没有时间混合，溶剂已挥发完，纺丝完成。是两种溶液最好不混溶。空心构造：纳米流管、蓄氢用等。一般制备方法为牺牲内部模板法。对于核鞘构造，得腐蚀〔萃取〕内部纤维；也可以先镀一层膜形成核鞘构造，再腐蚀〔萃取〕内部模板。分子就会留在管内部。多孔构造：多孔构造应用广泛，如催化、过滤、吸取、燃料和太阳能电池、组织工程等。介绍两种制备方法。一种是基于纺丝后选择性的除去某些成分；另一种是在纺丝过程中掌握适宜的条件，使得相分别并快速固化。这样，环境的湿度和温度将极大地影响结果。〔关键局部〕由于很多应用例如电子、光子器件、增加体等都需要定向排列，所以这个步骤比较关键。一般来说，直接得到的是随机排列的无纺织布。要掌握排列，主要有两个方法：其一是想方法方法需要理论根底，这里我们主要考虑其次种方法。转鼓接收极：圆柱形高速旋转的接收极〔但什么样的速度适宜呢还值得探讨〕这〔发挥制造力的时候到了，但关于定向排列的机理争论还不是很清楚。分叉电极对：在这里，如何想方法实现或者收集单根很重要。另外，就是设计好模板，让丝直接纺在上面用。独特性能与应用前景；一、独特性能：高比外表积，简单的多孔构造。而孔构造造成比外表积更大；分子水平上的有序性〔主要指的是内部构造，由于电场的作用使之排列具有肯定的规律性；二、应用前景：基于纳米纤维的隔膜和轻松服装；它具有过滤作用，什么可以单向过滤作用；通过修饰，可使衣服透气却保温；生物医用：由于很多生物大分子例如蛋白质、DNA、酶等都可以电纺丝，它在组织工程有很大应用；另外就是做骨架。作为酶或者催化剂的载体；关键参数是活性问题。纳米纤维传感器；多孔性、可填充性等特点；做电子或者光学器件；这是我们最关心的方向，做电子器件〔FET、PN结等〕关键要实现单根和组装，而光学器件〔起偏器，非线性光学器件等〕要实现定向排列；固然要做这个，还有很多根底科学需要争论，单根的电学性质和光学性质。作为牺牲模板用；这样可以做出很多中空的的纳米管道。〔最关心的局部〕理论上：对电纺丝的具体过程还不了解；技术上：10-30nm100nm以上；的纺丝；如何让这些物质也可以纺丝？共纺丝可能是解决方案之一；二次构造和纺丝参数的关系还得进展系统地争论；构造，从而让他们彻底可以应用到器件上；sol-gel法和电纺丝结合起来，可能使传统的方法柳暗花明又一村。特别值得指出的是，由于电纺丝的尺寸在纳米级，而且更简洁掌握，确实可能为下一代器件的制备供给了一个更简洁可行的方法。总之，要解决的问题多多，和纳米管一样，往往最关键的是掌握问题，一旦掌握问题解性和应用争论在开发之前，抓住一个好的领域对将来的争论都会产生很大的影响。工作？想着到达一个什么样的目标？甩膜的好处在于：对于绝缘性的物质也可；过程简洁明白，比电纺丝的过程简洁，所以更简洁掌握；我们失败的缘由主要是重叠性，而解决重叠性的方法是接收极距离足够长，使得溶剂可以挥发完。另外，为了可以得到更细的丝，是否可以将电纺丝和甩膜结合起来。关键要设置参数。〔转动的中间喷丝，用圆柱形的阴极接收，由于电纺丝距离短，纺丝的直径不能够进一步削减，为此我们承受网状的承受极，让丝可以通过网甩出去，从而使直径变得更小，固然〕一、制备样品上：123、选择什么样的方法制备样品〔有很多方法，选择适宜的；4、依据所需样品的参数确定该方法的参数；需要什么溶剂溶质、分子量，粘滞性，喷头直〔文献调研和依据自己的试验仪器查找阅历值〕56二、排列与组装〔与三并列，都为了器件争论候到了；另外要摸透各个外在掌握参数和丝的形貌之间的关系〔理论争论。三、物性测量上：依据自己做的样品从事物理根底争论，主要是光、电、磁、热、力等性质的测试；功能化材料的功能到底怎么样得测试出来。场放射性能测量；改性与修饰后的物理性能及功能。四、器件制备：根本电子元件的组装和性能测试，主要是FET，SET等；传感器，利用纤维的功能性，物理传感器、生物传感器、力学传感器、化学传感器；光电转化器件、荧光器件、激光