静电纺丝——从无规纳米纤维膜到取向连续长纱

静电纺丝是通过对聚合物溶液或熔体施加外电场制造纳米纤维的有效方法.电纺过程中,在静电力作用下聚合物射流快速鞭动,形成的纳米纤维无规堆砌,得到无纺布状的无规纳米纤维膜.这种纳米纤维膜具有极大的比表面积,已用于超高效过滤,在刨伤修复、组织工程、水处理等领域有广泛的应用前景.为了进一步拓展纳米纤维在纤维工业、纺织品、微制造等领域的应用,电纺纳米纤维的取向和连续长纱的制备研究受到科学家的重视,文献报道了多种纳米纤维取向方法.本文分析了纳米纤维膜无规堆砌结构的形成机理,总结了纳米纤维取向研究和连续长纱制备研究进展,特别介绍了基于静电作用分析提出的共轭电纺方法,讨论了取向纳米纤维的应用以及纳米纤维未来的研究方向.     

电纺法制备聚合物纳米纤维的研究进展

电纺技术是一种制备聚合物纳米纤维的新方法,它可制备出直径为纳米级的超细纤维,最小直径可至1nm.电纺法制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易以及高效等优点,它是目前能直接、连续制备聚合物纳米纤维的有效方法.本文介绍了电纺过程、原理及影响纤维性能的主要因素,综述了电纺技术在生物医学材料,复合增强纤维,无机纳米纤维,导电纳米纤维等方面的应用进展,最后对电纺技术在制备聚合物纳米纤维方面的发展前景作出了展望.     

导电聚合物的纳米结构及其在生物医学领域的应用

由于表面效应、小尺寸效应和量子效应,使纳米结构的导电聚合物材料与传统聚合物材料相比,显示出更优越的性能。基于神经组织对电场和电刺激敏感性,使得导电聚合物纳米材料在生物医学应用方面很有前景。本文综述了纳米结构的导电聚合物的合成方法,及其在生物医学领域的应用。合成方法主要关注于硬模板法、软模板法和无模板自组装法,以及这些方法中导电聚合物纳米结构的形成机理。总结了具有纳米结构的导电聚合物,如纳米颗粒、纳米纤维和纳米管等作为神经电极涂层材料和生物传感器等方面的应用。     

取向纳米纤维聚合物膜引导内皮细胞生长的作用

采用高压静电纺丝技术构建了聚氨酯(PU)取向纳米纤维聚合物膜, 研究了其引导人脐静脉内皮细胞(HUVEC)生长的作用. 通过扫描电子显微镜对PU取向纳米纤维聚合物膜的形貌进行了观察; 通过细胞增殖试验, 研究了PU取向纳米纤维聚合物膜对HUVEC生长的促进作用; 通过激光扫描共聚焦显微镜观察细胞骨架中肌动蛋白、微管蛋白及纽蛋白纤维的形成情况, 探讨了取向纳米纤维聚合物膜对细胞迁移、骨架发育的影响. 此外, 还通过ELESA方法检测了生长在不同聚合物膜上的HUVEC分泌组织因子(TF)的数量, 探讨了取向纳米纤维结构对HUVEC抗凝血功能的影响. 实验结果表明, PU取向纳米纤维聚合物膜取向良好, 直径为300~500 nm; 该薄膜可明显促进HUVEC增殖; 引导HUVEC沿纺丝方向定向排列生长且呈抗凝血表型, 组织因子分泌量明显低于对照组PU光滑膜. 因此, PU取向纳米纤维聚合物膜可提供适合内皮细胞的良好生存与增殖环境, 在血管的修复与再生方面具有潜在的重要应用价值.     

电纺法及其在制备聚合物纳米纤维中的应用

在介绍电纺法的基础上,对电纺法制备聚合物和导电聚合物纳米纤维的影响参数和电纺纤维的应用研究进行了综述,同时展望了该方法在制备聚合物纳米纤维方面存在的挑战和机遇。     

聚合物基纳米复合功能纤维材料研究进展北大核心CSCD

通过纳米材料与纤维基体的复合制备出聚合物基纳米复合材料,使其兼具纳米材料的功能性和聚合物的易加工性。本文综述了纳米复合阻燃纤维、纳米复合抗紫外纤维、纳米复合抗菌纤维和纳米复合导电纤维材料及纳米复合功能纤维的研究现状,包括纳米材料的改性、设计构筑及其复合聚合物、复合材料纺丝和功能性评价。提出未来聚合物基纳米复合纤维的几个主要发展方向:纳米材料的结构设计及可控制备与功能复合技术、成纤高聚物纳米改性技术,以及纳米复合纤维后整理加工技术;开发多功能复合产业用纤维,以及利用纳米技术开发战略性新兴产业用功能纤维;智能纤维的开发研究;纳米复合功能纤维及纺织品的生态安全性及系统评价。     

TiO2纳米微粒对聚苯胺性能的影响

纳米微粒具有量子尺寸效应, 其光、电、声及磁等方面的性能与常规材料有显著的不同, 其中以TiO2纳米微粒的电荷载体、光电活性中心、光学微腔和光电特性等特征[1,2]尤为引人注目. 导电聚合物的纳米复合材料是纳米材料的研究热点之一, 在导电材料、电流体和高密度信息存储材料等方面具有良好的应用前景[3]. 在导电聚合物中, 聚苯胺(PANI)因其具有较高的电导率, 原料便宜, 稳定性好而成为目前最有希望获得实际应用的导电聚合物[4～6]. 将纳米微粒和PANI制成复合材料, 其光电性能等与PANI相比均有所改变. 目前已相继有PANI-ZrO2, PANI-MnO2, PANI-SiO2纳米复合材料的报道[7,8], 而有关PANI-TiO2研究工作尚少见报道. 本文制备了PANI-TiO2纳米复合材料, 通过红外光谱、紫外可见光谱及透射电镜等探讨了复合材料的微结构及性能.     

聚席夫碱纳米纤维的制备与表征

4,4'-二氨基-三苯胺与对苯二甲醛在溶液中用缩聚的方法合成出聚席夫碱, 并用溶液涂膜自组装的方法制备出了纳米纤维. 用电子扫描显微镜观察到纤维为均匀分散的簇状; 拉曼、傅利叶红外表征了纳米纤维的化学结构; 通过循环伏安法测试了聚合物的氧化还原电势, 证明聚合物具有电学活性和变色丰富的电致变色性能; X射线衍射图与DSC谱表明聚合物为非晶结构, 只含有部分堆积有序结构. ESR谱图表明在常温下空气中聚合物中存在有稳定的自由基, 为空穴跳跃导电机理.     

电纺纤维在超级电容器中的应用

对高性能超级电容器不断增长的需求促进了电极隔膜和电极材料的快速发展。静电纺丝法制备的纳米纤维具有较高的孔隙率、较好电化学活性、较大的表面积以及良好的结构稳定性等优点,已被广泛应用于超级电容器的隔膜和电极材料。本文简要综述了近年来电纺纳米纤维在超级电容器用隔膜和电极材料的研究进展;着重讨论了通过静电纺丝和其他后处理方法制备的碳基纳米纤维、碳基复合纳米纤维、导电聚合物基复合纳米纤维和金属氧化物纳米纤维等用于超级电容器的电极材料。研究表明,多孔结构的构建、活化处理以及杂原子掺杂可以提高碳纳米纤维的比表面积、电化学活性、润湿性和石墨化程度,从而增强其电化学性能。此外,通过共混、化学沉积和电化学沉积等方法,将碳纳米纤维与金属氧化物、导电聚合物结合,可以改善其电容、倍率性能和循环稳定性。最后,提出上述研究中存在的问题,并对未来静电纺丝纳米纤维材料在超级电容器的发展前景进行了展望。     

静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展

聚苯胺(PANi)主链上电子高度离域,掺杂后导电性能好,是优良的结构型导电聚合物。PANi纳米纤维比表面积大,容易获得更高的导电性。本文综合论述了近年来国内外采用静电纺丝方法制备PANi及其复合纳米纤维的研究进展,重点介绍了纯PANi纳米纤维以及PANi/聚环氧乙烷(PEO)、PANi/聚丙烯腈(PAN)、PANi/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PANi/聚乳酸(PLA)等复合纳米纤维的制备工艺及纤维特性,简单概述了PANi及其复合纳米纤维在电池隔膜、过滤、传感器、电磁屏蔽材料及吸波材料等方面的应用,并对其发展趋势进行展望。     

A new self-doped copolymer consisting of 3-methyl thiophene and aniline units

The copolymer films of sulfonated aniline and sulfonated 3-methyl thiophene were synthesized by electrochemical polymerization. The sulfonated copolymer films have better solubility in DMSO and KOH than the corresponding homopolymers. The conductivity of the copolymer films increase with the increase in the number of thiophene rings in the polymeric backbone. Copolymer films synthesized were investigated by cyclic voltammetry, UV-visible and FT-IR spectroscopy, dry conductivity and intrinsic viscosity measurements and elemental analysis. The elemental analysis and UV-visible spectroscopic results show that copolymer films have properties intermediate between the two homopolymers.     

芴与噻吩发光共聚物的合成及其电致发光性能

采用Suzuki偶合方法合成出了一系列新型的 9,9 二辛基芴 (DOF)和噻吩 (Th)的共聚物 .其中 ,DOF与Th的投料比 (摩尔比 )分别为 95∶5 (PTF5 )、90∶1 0 (PTF1 0 )、85∶1 5 (PTF1 5 )、70∶3 0 (PTF3 0 )、5 0∶5 0 (PTF5 0 ) .所有的聚合物均可溶于常用的有机溶剂 ,如THF,CHCl3等 ,其分子量在 60 0 0～ 5 3 0 0 0之间 .当在聚芴主链中引入噻吩后 ,其发光波长发生了红移 ,最大发光波长由PTF5时的 490nm红移到PTF5 0时的 5 41nm .随着聚芴主链中噻吩含量的增加 ,最大电致发光和光致发光效率都逐渐降低 由这些聚合物所制得的器件 ,最大电致发光效率为PTF5和PTF1 0的 0 45 %.由此表明 ,在聚芴主链中引入少量的低带隙单体噻吩可以调节聚芴的发光颜色及发光效率     

聚对二甲苯纳米纤维阵列的CVD液晶模板法制备及降解性能

聚对二甲苯(PPX)具有优异的生物相容性和化学稳定性, 将其构建成仿细胞外基质结构的可降解纳米纤维在生物工程领域具有重要意义. 本文采用化学气相沉积(CVD)法, 以向列型热致液晶E7为模板, 以4-羟甲基-对二甲苯二聚体(PCP-CH₂OH)为聚-(4-羟甲基-对二甲苯)(PPX-CH₂OH)的前驱体, 通过在其分子链上引入 5,6-苯并-2-亚甲基-1,3-二氧杂环庚烷(BMDO)链段制备BMDO/PPX-CH₂OH共聚物纳米纤维阵列, 探讨了共聚物纳米纤维阵列形貌的影响因素, 分析得到了制备共聚物纳米纤维阵列的最佳反应条件, 并研究了BMDO/PPX-CH₂OH共聚物纳米纤维阵列的生物降解性能. 研究表明, 在液晶模板作用下, 通过CVD法成功地使PCP-CH₂OH与BMDO共聚, 并得到了BMDO/PPX-CH₂OH共聚物纳米纤维阵列; 其形貌主要受样品台的温度和沉积速率的影响, 而单体质量比影响较小; 经优化后CVD最佳条件为: 样品台温度-10 ℃, 沉积速率约为0.01 nm/s, 单体质量比为10∶1; 共聚物在37 ℃的0.1 mol/L Na₂CO₃/0.1 mol/L NaHCO₃的缓冲溶液体系下可有效降解, 当降解时间超过23 d后, 纳米纤维阵列中的酯基可完全分解; 当降解时间超过30 d时, 纳米纤维阵列基本降解完全, 总体呈碎片状.     

Characterization of Conducting Copolymer of Thiophene via Pyrolysis Mass Spectrometry

In this work, structural and thermal characterization of a conducting copolymer of thiophene (PTh) with 2‐methylbutyl‐2‐(3‐thienyl)acetate prepared by two different methods has been performed by pyrolysis mass spectrometry techniques. The pyrolysis mass spectrometry data of both components of the copolymer, polythiophene, PTh, poly(2‐methylbutyl‐2‐(3‐thienyl)acetate), PMBTA and PTh/PMBTA have been analyzed and compared. It has been determined that when the electrochemical polymerization of thiophene was achieved on PMBTA coated anode through the thiophene moieties of PMBTA, characteristics of both PTh and PMBTA were retained to a certin extent. However, when thiophene was polymerized in the presence of MBTA, a polymer film with lower conductivity, but more uniform structure, was produced.     

Thermal analysis of a new thiophene derivative and its copolymer

Thermal characteristics of a new thiophene derivative, 2-(thiophen-3-yl-)ethyl octanoate (OTE), its homopolymer (POTE), and copolymer with thiophene P(OTE-co-Th) were investigated via pyrolysis mass spectrometry. Thermal degradation of the copolymer started by lose of side chains and thiophene involving products evolved almost in the same temperature range where PTh degradation was detected, at slightly higher temperatures than PTh backbone decomposed during the pyrolysis of POTE. The extent of doping and network structure decreased in the order POTE<P(OTE-co-Th)<PTh.     

Photovoltaic properties of bulk heterojunction solar cells incorporating 2-hydroxylethyl- and fullerene-functionalized conjugated polymers

We have synthesized a series of maleimide–thiophene copolymers presenting pendent 2-hydroxylethyl and fullerene units for use as photo-energy conversion materials in polymer solar cells (PSCs), which we fabricated from blends of these maleimide–thiophene copolymers and the fullerene derivative [6, 6]-phenyl-C₆₁-butyric acid methyl ester (PCBM). A too-homogenous distribution of the 2-hydroxylethyl-functionalized copolymer and PCBM inhibited charge separation and transport in the photoactive layer. Introducing fullerenes as pendent units of the copolymer promoted the formation of phase-separated interpenetrating networks with sizable PCBM domains in the photoactive layer, favorable for transporting charges to the electrodes. The photovoltaic performance and operational stability of PSCs based on the fullerene-functionalized copolymer/PCBM blends were superior to those based on the hydroxyethyl-functionalized copolymer/PCBM blends.     

Electrosyntheses and characterization of a fluorescent conducting copolymer of benzanthrone and thiophene

<正>Poly(benzanthrone-co-thiophene),a new conducting copolymer,was successfully prepared by direct anodic oxidation of benzanthrone and thiophene(Th) in a binary solvent system containing boron trifluoride diethyl etherate (BFEE) and acetonitrile(ACN).The as-formed copolymer film electrodeposited with monomer feed ratio of benzanthrone/Th = 1:1 at the applied potential of 1.3 V versus Ag/AgCl exhibited the advantages of both polybenzanthrone and polythiophene,such as active electrochemical behavior,excellent thermal stability,relatively high electrical conductivity and mechanical properties.UV-Vis spectroscopy,~1H-NMR and SEM were used to characterize and investigate the structures and morphologies of the copolymers.Fluorescence spectroscopy studies revealed that the obtained copolymer films show strong emission at about 525 nm.Moreover,the emitting properties of the copolymers could be tuned by changing some parameters during the electropolymerization process,such as monomer feed ratio.     

Radiation-Induced Copolymerization of Thiophene with Maleic Anhydride

Radiation-induced copolymerization of thiophene with maleic anhydride has been studied. On the copolymerization in chloroform solution, the effects of dose rate, polymerization temperature, and, monomer composition and concentration on the yield and molecular weight of the copolymer were determined. The copolymerization proceeds via a radical mechanism with bimolecular termination of propagating polymer radicals, and the apparent activation energy is 5.3 kcal/mole. By NMR spectroscopy of copolymer, it was also found that these monomers copolymerize alternately to give a copolymer having structure I. In this copolymerization, the higher initial rates were obtained at an equimolar composition of monomers and by using solvents containing chlorine, such as CC1₄, CHC1₃, and C₆H₅C1.     

毛细压力法组装纳米聚合物微球的二维有序排列

通过半连续乳液聚合的方法获得了单分散性好,数均粒径为７０６９ｎｍ的苯乙烯,丙烯酸丁酯和丙烯酸（Ｓｔ／ＢＡ／ＡＡ）高分子微球,并通过毛细压力法,成功地在玻璃基体上组装成了紧密的二维有序排列点阵结构．点阵结构的形成过程可分为成核和增长两个阶段．在二维有序排列形成过程中,微粒之间的相互排斥作用可通过添加一定浓度的电解质来进行调节．组装后的二维有序排列用扫描电镜进行了观察．