《静电纺丝技术概述》1700字

静电纺丝技术概述综述1.1静电纺丝技术介绍1600年代，英国皇家科学院物理学家WilliamGilbert偶然间发现了在电场的作用下，水滴会形呈锥形，也正因此静电纺丝的早期概念被提出了，过了一段时间，水滴的电动力学雾化被另一位物理学家Stephengray发现。20世纪初，静电纺丝装置的原型被两位科学家发表的专利里详细地介绍过。1934年，人们终于较为详细完整的发现了聚合物液滴怎样在电场中形成射流，并且可以通过静电相互作用力来制备聚合物纤维的装置。随后的五十年里，静电纺丝装置的研究倾注了大量科技研发人员的心血，但是很可惜，静电纺丝技术的发展依旧较为缓慢，这其中有国家层面的政策原因，但更重要的是经济条件，科研条件的限制，导致了此项技术的相对滞后。这种情况一直持续到1990年前后，美国的一所实验室通过大量的实验重新使这项技术又一次出现在大众的视野里。又经过了几十年的发展，在这几十年之间，纳米技术得到了蓬勃的飞速发展，展现出了旺盛的生命力，直到今天，静电纺丝技术终于成为了大量研究领域的一个核心组成部分，它的广阔的应用前景也终于被人所重视和熟知起来。图1.1简要总结了静电纺丝发展的主要里程碑【1】诸如像模版法【2】气相沉积法【3】和溶剂热法【4】等都可以制备纳米纤维，可是制备纳米纤维的最优选择却是静电纺丝技术，因为其有着低成本，易操作，可控制程度高等优点。基于此，纳米纺丝技术的产物被广泛应用于智能衣物【5-6】、污水处理【7-8】、空气过滤【9-10】、生物医药【11-12】、等领域，有着令人艳羡的广阔前景，如果将这些特质都发挥出来，那纳米材料的前景将会是不可预估的。1.2静电纺丝的设备和原理首先探讨一下传统的静电纺丝设备，其主要由三部分组成：高压电源；装载注射针管的推进泵；接地的收集极（图1.2）。其中高压电场是由于在电压范围几千伏到几万伏之间的射流形成的，而注射器内纺丝溶液的喷射速度可以由推进泵精确控制，通常人们会根据不同的需要选择收集极。铝箔，金属板通常被实验室选择作为收集极。在纺丝过程中，针头中挤出的液滴带有大量电荷而这是由于高压电源提供的静电场造成的，液滴会受到一种力的作用，在此影响下其会被拉伸成泰勒锥，当其表面的电荷斥力高于张力时，液滴就会射出射流。随后，射流会被拉伸，溶剂挥发也会随之产生，收集极上就会出现由于一种物质，这是由于固化的溶质而形成纳米纤维沉积。 1.3影响静电纺丝的因素静电纺丝是一种涉及空气动力学，电动力学，流体力学和静电学等学科的过程，所以纺丝溶液自身的性质，环境，纺丝的情况都会改变最终纺丝的结果。具体原因我总结了以下几点：纺丝溶液的性质：其主要影响因素有，溶液的黏度【14】，物质的相对分子质量【13】，溶液的浓度【15】，液滴的表面张力【16】、电导率【17】、溶剂的性质【18】、溶液的温度【19】等。聚合物形成的小液滴在电场力的作用下被拉伸的条件是，聚合物的相对分子质量适中，浓度，黏度适中。否则只能形成小液滴，或者在电场力的拉伸作用下，导致断裂难以形成连续的纳米纤维结构。纺丝参数情况：其影响因素大体有，电压（这决定着电场力的大小），纺丝溶液的推进速度，出丝工具部位（一般为针头）的直径大小，出丝处与接收集之间的距离和接收集的材料等。例如，高压电源提供的电压越大，电场力对射流的拉伸力便越强，这就使得最后制成的纳米纤维结构较为纤细，但是电压也不宜过大，这是由于如果电场力过大，会使得射流很快的便移动到接收集上，射流还没被电场力拉伸完全，同样会使得，最后接收集上的纳米纤维结构变粗，影响使用。更重要的是，电压过大可能会使得射流不稳定，徒增很多不必要的实验误差。其次，如果溶液的推进速度过快，射流变得不到充分的拉伸，同样会影响纳米纤维的粗细结构。第三，枕头的粗细大小选择也很重要，过大会使得溶液推进过程中溶剂的挥发而造成枕头堵塞，或是增大针头与空气的接触面积，从而影响制备结果。所以针头的大小选择也要尽可能的适宜。最后，针头与收集极的距离把握也会影响着出丝结果，如果距离过远，会影响电场力的大小，从而使得制得的纳米纤维结构较粗。环境参数：其主要是指纺丝过程当中，周围环境的温度和湿度，众所周知，溶液