基于静电纺丝技术的取向纳米纤维

纳米纤维作为一维纳米材料的一个重要分支,有着广泛的应用前景。静电纺丝技术是一种制备一维纳米纤维的有效方法。然而,传统制备工艺制得的纳米纤维常为无序排列的结构,极大限制了其应用。近十几年来,通过对喷丝装置、纤维分化区及接收装置的改进获得了取向纳米纤维(aligned nanofibers, ANFs),引发了研究者的广泛关注,但对于取向纳米纤维的制备与应用未见系统性的论述。本文系统总结了采用静电纺丝技术制备取向纳米纤维的方法,并评述了这种取向结构在生物组织工程修复、传感器、增强材料及能源等领域中的应用。鉴于ANFs在生物组织工程中得到广泛的关注,本文对其进行了着重介绍。而在能源领域,本文主要阐述在质子交换膜燃料电池方面的应用。最后,本文总结了ANFs存在的问题,并展望了其未来的发展。     

取向静电纺丝纳米纤维的制备及应用研究进展

简单描述了静电纺丝的基本装置、原理;为制得高性能的取向纳米纤维,对静电纺丝中出现的不稳定性进行了研究,介绍了三种不稳定状况,并分析了其产生原因.列举了通过改变接收装置、控制电场和附加磁场等方法,改进静电纺丝技术来制取连续取向的纳米纤维,并对各种方法进行了简单的评价,指出磁化静电纺丝(MES)是目前制备取向纳米纤维最具有发展前景的方法.简要介绍了取向纳米纤维在生物组织工程领域方面的应用,并对其未来作了展望.     

静电纺丝法制备超细聚苯乙烯纳米纤维

采用静电纺丝方法制备了超细聚苯乙烯纤维, 通过向溶液中添加有机胺盐并降低溶液浓度将纤维的平均直径降至100 nm, 并研究了盐的添加量对纤维直径的影响.     

静电纺丝法制备纤维素纳米纤维的研究进展

纤维素纳米纤维很好的结合了纤维素的重要属性和纳米材料的各项特性,但纤维素大分子之间存在大量氢键,使得纤维素较难溶于普通溶剂,导致通过静电纺丝法直接制备纤维素纳米纤维具有一定的难度.而先采用静电纺丝法制备纤维素衍生物纳米纤维,再对纤维素衍生物纳米纤维进行水解也是制备纤维素纳米纤维的一种有效方法.本文对近年来这两种纤维素纳米纤维制备方法的研究进行了综述,并对静电纺制备纤维素纳米纤维的发展前景做出了展望.     

ZnO纳米纤维的静电纺丝及其光催化性能的研究

以聚乙烯醇溶液为络合剂与醋酸锌反应制得前驱体溶液,采用静电纺丝法制备PVA/Zn(Ac)2复合纳米纤维,经过高温煅烧得到直径为100 nm的ZnO纳米纤维,采用差热-热重分析、红外光谱分析、X射线粉末衍射分析及扫描电镜等手段对其进行了表征.光催化降解酸性品红溶液的实验结果表明,太阳光照65 min使质量浓度为45 mg/L酸性品红水溶液的脱色率达93%;另外,重复使用ZnO纳米纤维4次之后,其光催化降解率仍能达到70%以上.这充分说明ZnO纳米纤维具有良好的光催化性能.     

静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展

静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。     

静电纺丝制备图案化无机纳米纤维

静电纺丝技术近几年在制备纳米纤维领域得到了广泛的应用,被认为是批量制备纳米纤维材料最简单有效的方法。本文综述了近几年高压静电纺丝技术制备图案化无机物纳米纤维的纺丝装置和过程,特别详细综述了纺丝过程中纤维直径的变化,利用带电流体动力学(EHD)理论推导出纤维直径变化的运动方程,并对方程进行一定程度的修订,以符合电纺无机物纳米纤维直径的变化;并综述了取向纳米纤维、中空纳米纤维、壳-核结构纳米纤维、纳米线、纳米带、纳米管及多层次结构纳米纤维的构建及其基本性能。最后对电纺制备图案化无机纳米纤维未来发展方向,特别是功能化多层次结构电纺无机纳米纤维制备进行了展望。     

静电纺丝法制备MgO纳米纤维

以聚乙烯醇(PVA)作为络合剂与醋酸镁反应制得前驱体，采用静电纺丝法制得聚乙烯醇(PVA)／醋酸镁复合纤维，经焙烧后得到分布均匀、具有较高比表面积和多孔结构的。MgO纳米纤维．对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和表面形貌，分别采用X射线粉末衍射、差热一热重分析(TG-DTA)、红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等分析测试手段进行了表征．结果表明，煅烧温度对纳米纤维的结晶度和形貌有很大影响．     

静电纺丝法制备纳米抗菌纤维的研究进展

纳米抗菌材料是防止细菌等致病微生物对人们生产、生活的破坏而发展起来的一类新型材料.在纳米抗菌材料的众多制备方法中,静电纺丝是一种成本低,工艺可控的技术,制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高、纤维均匀等特点.本文作者首先简述了静电纺丝技术以及该技术制备纳米抗菌纤维材料的特点;接着按照菌剂种类不同,对静电纺丝技术制备的抗菌纤维材料进行归类,将其分为无机抗菌纤维材料、天然抗菌纤维材料和复合抗菌纤维材料3类,并对其研究进展进行了评述;最后对静电纺丝技术制备纳米抗菌纤维的研究现状进行了总结与展望.     

Preparation of Ultrafine Water-soluble Polymers Nanofiber Mats via Electrospinning

A series of water-soluble polymers such as poly(ethylene oxide)(PEO),polyacrylamide(PAM) and poly(vinyl pyrrilidone)(PVP) was successfully prepared via the electrospinning of their aqueous solutions without the use of a surfactant.The effects of solution properties on the electrospinning of PEO,PAM and PVP solutions were investigated.The viscosity of the solution,charge density carried by the jet,and the surface tension of the solution are the key factors that influence the morphology and diameter size of t...     

静电纺丝法制备抑菌性聚酰亚胺纳米纤维

采用静电纺丝技术,以联苯四甲酸二酐(BPDA)和4,4'-二氨基二苯醚(ODA)为单体,硝酸银为银源,通过两步法制备含银聚酰亚胺(PI/Ag)纳米纤维.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)及扫描电子显微镜(SEM)表征了PI/Ag纳米纤维的结构和微观形貌;通过浸渍培养法研究了聚酰亚胺(PI)及PI/Ag纳米纤维的抑菌性能.结果表明,聚酰亚胺基体中存在单质银的立方晶体结构,银粒子在聚酰亚胺基体表面均匀分散,平均粒径为10 nm;PI/Ag纳米纤维对大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)和枯草芽孢杆菌(B.subtilis)表现出良好的抑菌效果,最大抑菌率可达99.1%,为聚酰亚胺在耐高温抑菌生物医用材料等领域的应用提供了新的方向.     

静电纺丝制备具有浸润性梯度的聚酰亚胺纳米纤维膜

采用高压静电纺丝技术, 在非对称异型电极上制备得到放射状聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜. 采用环境扫描电子显微镜(ESEM)观察了PI膜的微观形貌以及纳米纤维的排列状态; 采用接触角测量仪研究了水滴浸润性的变化; 采用高敏感性力学微电力学天平测量了水滴的黏附力, 分析了微观形貌变化与水滴浸润性质和黏附性质的关系. 结果表明, 该PI纳米纤维膜沿着非对称异型电极三角电极至弧型电极方向纤维排列由密到疏, 呈放射状, 具有独特的微结构梯度; 整个纤维膜上的PI纳米纤维直径均一且具有光滑均匀表面, 纤维与纤维之间的距离约为几微米到几十微米. 由于PI纳米纤维膜所具有的独特的微结构梯度, 致使沿着微结构梯度方向水滴的接触角(从超疏水到疏水)和黏附力(从低黏附到高黏附)均表现出梯度变化的特征.     

聚丙烯腈纳米纤维的再细化

通过电纺丝法研究了溶剂种类、溶液浓度、纺丝倾斜角、聚合物分子量对纳米纤维形态和直径的影响,寻找到最佳工艺条件,并得到了平均直径为20nm的超细纤维.     

静电纺空气过滤用PET/CTS抗菌复合纳米纤维膜的制备

采用静电纺丝法制备PET/CTS复合纳米纤维膜,并在纤维膜表面吸附一层纳米银,进一步增加纤维膜的抗菌性能.以扫描电镜(SEM)对不同配比PET/CTS所制备的纤维膜的微观形貌进行表征,结果显示w(CTS)/w(PET)为12.5%时,纤维形貌较好,平均直径为405 nm.分别对不同厚度的PET/CTS纤维膜进行力学性能、透气性能以及空气过滤性能测试,结果表明纺丝时间为7 h时,纤维膜具有较好的性能,其弹性模量为48.15 MPa、断裂伸长率183.30%、拉伸断裂应力2.11 MPa、拉伸强度2.49 MPa、拉伸屈服应力1.23 MPa、最大力1.38 N,阻气值为3.99 k Pa·S/m,过滤效率为99.55%,压降为621.32 Pa.吸附银离子实验表明,最佳GA交联浴配比为GA(vol%)=3.5%.紫外可见光谱(UV)及透射电镜(TEM)表征证明,有10 nm左右纳米银生成.抑菌实验表明,载银PET/CTS复合纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌(S.a.)和大肠杆菌(E.coli.)的杀菌率分别为99.97%和99.99%.     

Heterogeneous Electrospinning Nanofiber Membranes with pH-regulated Ion Gating for Tunable Osmotic Power Harvesting

Biological ion channels existing in organisms are critical for many biological processes. Inspired by biological ion channels, the heterogeneous electrospinning nanofiber membranes (HENM) with functional ion channels are constructed by electrospinning technology. The HENM successfully realizes ion-gating effects, which can be used for tunable energy conversions. Introduction of pyridine and carboxylic acid groups into the HENM plays an important role in generating unique and stable ion transport behaviors, in which gates become alternative states of open and close, responding to symmetric/asymmetric pH stimulations. Then we used the HENM to convert osmotic energy into electric energy which reach a maximum value up to 12.34 W m⁻² and the output power density of HENM-based system could be regulated by ion-gating effects. The properties of the HENM provide widespread potentials in application of smart nanofluidic devices, energy conversion, and water treatment.     

基于荧光素的荧光纳米纤维的制备与表征

以电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维为起始物, 经乙二胺改性后, 再利用Mannich反应将荧光素共价连接于PAN纳米纤维薄膜表面. 用荧光光谱、 扫描电镜和红外光谱进行了结构表征. 结果表明, 利用荧光素对静电纺丝薄膜表面进行修饰, 获得了很强的荧光信号, 证明了方法的可行性.     

静电纺丝法制备NiO纳米纤维及其表征

纳米级NiO因具有优良的催化和热敏等性能而被广泛用于催化剂^[1]、电池电极^[2,3]、光电转化材料^[4～6]、电化学电容器^[7～8]等诸多方面.迄今,已成功地制备出N iO的纳米颗粒^[9]、纳米线^[10]及纳米薄膜^[11],但是对于具有准一维结构的NiO纳米纤维的制备及性能研究尚未见报道.     

静电纺丝法制备定向排列的铁氧体纳米纤维

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和金属硝酸盐为原料,采用改进的静电纺丝法制备了直径均匀、表面光滑、定向排列的Co0.8Zn0.2Fe2O4/PVP纳米纤维前驱体,经热处理后得到定向排列的铁氧体纳米纤维.对前驱体纤维的热分解过程及Co0.8Zn0.2Fe2O4(CZFO)的结构、物相及形貌进行了表征.结果表明,在空气中经550～950℃热处理3 h后均得到纯相、结晶良好的尖晶石型钴锌铁氧体;在2000 r/min转速下收集的复合纤维形貌最佳,直径约300 nm;经750℃热处理后纤维直径约为70 nm,室温下测得饱和磁化强度为66.1 A.m2/kg,矫顽力达到最大值6.6 A/m,表明钴锌尖晶石型铁氧体单畴临界尺寸约为44 nm.与CoFe2O4相比,CZFO的饱和磁化强度升高,矫顽力下降,并且CZFO的纤维与粉末的磁特性有明显的区别.