文献综述(或调研报告):
1.引言
纳米纤维具有直径小、比表面积大以及易于实现表面功能化的优点, 受到广泛的关注。纳米纤维的制备方法有拉伸法、模板合成法、相分离法、自组装法和静电纺丝法等[6]。其中静电纺丝原理的研究越来越引起学者们的关注,静电纺丝是一种利用表面排斥作用,以具有黏弹性的聚合物溶液为原料,简便、通用、连续地制备纳米纤维的方法[7]。静电纺丝制备的纳米纤维具有尺度及形态可控等优点,对其研究主要集中在以下两个方面:(1)Taylor锥与喷射;(2)纳米纤维的弯曲非稳定性[8~10]。
2.发展和现状
静电纺丝技术首先由Formhals在1934年提出,其专利公布了聚合物溶液如何在电极间形成射流,这是首次详细描述利用高压静电来制备纤维装置的专利,被公认为是静电纺丝技术制备纤维的开端[11]。随后的相当长一段时间又有多项专利出现,直到20世纪80年代,才有人开始对该技术进行大量的实验和理论研究。近年来,随着纳米技术的发展,静电纺丝技术获得了快速发展,世界各国的科研界和工业界都对此技术表现出了极大的兴趣。
然而,通过静电纺丝技术制备纳米纤维仍然面临一些需要解决的问题。首先,在有机纳米纤维的制备中,用于静电纺丝的天然高分子品种仍然十分有限,并且对所得产物的结构和性能的研究还不够完善。此外,电纺无机纳米纤维的研究基本上还处于初期。 电纺无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和范围。[12]因此,开发具有柔韧性、连续性的无机纤维是一个重要的课题。
3.装置和原理
典型的静电纺丝装置主要由三部分组成:盛有黏弹性聚合物溶液的注射器、高压电装置和纤维收集器。在电纺过程中,聚合物溶液或熔融聚合物被注射泵挤出使其在针尖处形成液滴。液滴在内部静电排斥力和外部库仑力的作用下逐渐由半球形表面变为锥形。电场强度越大,液滴受到的拉伸力越大,当电场强度达到静电斥力可以抵消聚合物液滴表面张力的临界值时,聚合物溶液从泰勒锥尖端喷出。此时过量的电荷使得射流拉伸并且发生旋转,射流在飞行过程中溶剂迅速挥发。射流最终固化在接收装置表面形成一层纳米纤维膜[13]。
4.工艺参数的影响
影响最终纤维形貌直径的因素众多,例如电压、进样速率、针头直径、接收距离等。
