靜電紡納米纖維的應(yīng)用

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1、國(guó)外化纖技術(shù)NewTechnology靜電紡納米纖維的應(yīng)用AGreiner等靜電紡是目前能夠制備直徑低至幾個(gè)納米的連續(xù)纖維的唯一方法。這種方法可適用于合成及天然聚合物、聚合物合金及載有發(fā)色團(tuán)、納米粒子或者活性劑的聚合物,也可應(yīng)用于金屬和陶瓷納米纖維的制備。利用特殊的靜電紡絲法,可以生產(chǎn)出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的纖維,例如皮芯纖維或者中空纖維。另外,也有可能制備出從單纖維到纖維有序排列的結(jié)構(gòu)。靜電紡不僅僅在大學(xué)試驗(yàn)室中得到應(yīng)用,而圖1靜電紡纖維與其它物體的尺寸對(duì)比且也逐漸應(yīng)用到企業(yè)。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,包括光電子器件、傳感器技術(shù)、催化、過(guò)濾以及醫(yī)學(xué)等。2靜電紡納米纖維的應(yīng)用1納米結(jié)構(gòu)化:新性能和應(yīng)用2

2、.1作為模板由于在試驗(yàn)室條件下可以制備出聚合物納米靜電紡聚合物纖維可以用作制備中空纖維的纖維,20世紀(jì)90年代,研究人員對(duì)靜電紡的興趣模板[Tubesbyfibertemplate(TUFT)process]。在開(kāi)始增加。納米技術(shù)領(lǐng)域有一個(gè)原理:材料尺寸的TUFT工藝過(guò)程中,靜電紡生物降解性或者水溶性減小會(huì)導(dǎo)致新性能的產(chǎn)生。例如,在半導(dǎo)體粒子或聚合物纖維利用聚合物、金屬或者其它材料進(jìn)行涂者膜方面,出現(xiàn)了新的光電子功能性(量子效應(yīng));層,隨后通過(guò)選擇性萃取或者降解去除模板聚合物在磁性材料方面,觀(guān)察到超順磁現(xiàn)象;在金屬粒子纖維,就獲得了中空納米纖維。例如,Hou等利用催化方面,當(dāng)尺寸減小到幾

3、個(gè)納米時(shí),會(huì)帶來(lái)結(jié)晶化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法,將聚對(duì)苯二亞甲基結(jié)構(gòu)以及表面形態(tài)的變化,電子特性也會(huì)發(fā)生變化(PPX)涂敷到靜電紡PLA纖維上,然后通過(guò)高溫(費(fèi)米能級(jí)以及還原電位的改變),這些變化會(huì)對(duì)吸分解去除PLA纖維,就獲得了PPX中空纖維。利附性能、催化活性以及選擇性產(chǎn)生直接影響。用相似的方法,Caruso等得到了PPX/Al中空纖維,表面的納米結(jié)構(gòu)化能夠產(chǎn)生特殊的效應(yīng),例如即將PPX和Al同時(shí)涂層到PLA纖維上獲得。Hou荷葉效應(yīng)(自清潔效應(yīng))。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)、病毒以及細(xì)制備的中空PPX纖維的內(nèi)徑小于10nm,外徑約為菌的尺寸都在納米級(jí)范圍,所以納米也和生物學(xué)密50nm(圖2右),

4、使用的模板為靜電紡PLA超細(xì)切相關(guān)。通過(guò)對(duì)比一些物體的尺寸,可以發(fā)現(xiàn)靜電納米纖維(圖2左)。紡纖維的直徑可以跨越相對(duì)較寬的范圍(圖1)。納米結(jié)構(gòu)體系有希望用于多種領(lǐng)域,例如,藥物以及有機(jī)體中活性劑的輸運(yùn)和釋放、組織工程、種植體的表面改性以及創(chuàng)傷愈合。另外,也可以用于光電子器件(例如儲(chǔ)能)、納米粒子以及碳納米管的制備,所有這些應(yīng)用都是目前研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。納米金屬棒、金屬氧化物或者半導(dǎo)體材料,圖2靜電紡PLA納米纖維的TEM照片(左)和由PLA納米纖維以及聚合物納米纖維只是在近年來(lái)才得到了重視。制備的PPX中空纖維的TEM照片(右)合成纖維SFC2008No.345國(guó)外化纖技術(shù)NewTe

5、chnologyHou和Sun等將PPX涂層到靜電紡PLA/護(hù))。Pd(OAc)2纖維上,隨后高溫分解去除PLA,獲得納米纖維非織造布取代微米非織造布會(huì)顯著了載有Pd納米粒子的PPX中空纖維(圖3)。類(lèi)似改變材料的輸運(yùn)過(guò)程,原因就是纖維細(xì)度的大幅減的,Sun等利用功能性模板纖維,通過(guò)TUFT工藝,小會(huì)極大地減小孔徑值,并大大增加內(nèi)表面積。例制得了PPX/Cu和PPX/Ag中空纖維。Caruso等利如,對(duì)于氣體擴(kuò)散(和保溫性能密切相關(guān)),由于用Ti(OiPr)4涂層靜電紡PA纖維,隨后高溫分解纖維直徑的減小,擴(kuò)散會(huì)從普通擴(kuò)散(擴(kuò)散路徑由去除PA,并經(jīng)過(guò)煅燒,得到了TiO2中空納米纖氣體粒子

6、之間的作用決定)轉(zhuǎn)變?yōu)镵nudsen擴(kuò)散維。通過(guò)CVD工藝,將Al沉積到PLA纖維上,然(擴(kuò)散路徑主要由氣體粒子和纖維之間的作用決后高溫分解去除PLA,得到了Al中空纖維。利用定),利用蒙特卡羅模擬對(duì)此進(jìn)行了廣泛的研究。類(lèi)似的方法,制備了Au、Cu以及Ni中空纖維。這種狀況和粘性液體在非織造布中的滲透是相似Muller等進(jìn)一步發(fā)展TUFT工藝,利用層層自組裝的,即滲透系數(shù)直接和平均纖維半徑相關(guān)。技術(shù)制備了具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的中空纖維。氣體輸運(yùn)性能對(duì)于紡織品非常重要。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),納米纖維氈的氣流阻力相比于傳統(tǒng)的紡織品增加了三個(gè)數(shù)量級(jí),從而會(huì)顯著提高保溫性能。隨著孔徑的減小,防風(fēng)性會(huì)得到極大的改

7、善(圖4)。如果給定孔徑和纖維尺寸,通過(guò)調(diào)節(jié)覆蓋度(ρm;單位面積沉積納米纖維的質(zhì)量),可以在2較大范圍內(nèi)改變防風(fēng)性,覆蓋度由0.1g/m增加到圖3載有Pd納米粒子的PPX中空纖維的低放大倍數(shù)TEM照片10g/m2,防風(fēng)性能一般可以增加1000倍。覆蓋度(左)和高放大倍數(shù)的纖維TEM照片(右)為10g/m2時(shí),對(duì)應(yīng)的非織造布的厚度為20μm中空纖維也可以直接利用共軸靜電紡制備出(孔隙度為60%)。另外,這種非織造布具有很高來(lái)。Li和