《靜電紡絲技術(shù)概述》1700字

靜電紡絲技術(shù)概述綜述1.1靜電紡絲技術(shù)介紹1600年代，英國(guó)皇家科學(xué)院物理學(xué)家WilliamGilbert偶然間發(fā)現(xiàn)了在電場(chǎng)的作用下，水滴會(huì)形呈錐形，也正因此靜電紡絲的早期概念被提出了，過了一段時(shí)間，水滴的電動(dòng)力學(xué)霧化被另一位物理學(xué)家Stephengray發(fā)現(xiàn)。20世紀(jì)初，靜電紡絲裝置的原型被兩位科學(xué)家發(fā)表的專利里詳細(xì)地介紹過。1934年，人們終于較為詳細(xì)完整的發(fā)現(xiàn)了聚合物液滴怎樣在電場(chǎng)中形成射流，并且可以通過靜電相互作用力來(lái)制備聚合物纖維的裝置。隨后的五十年里，靜電紡絲裝置的研究?jī)A注了大量科技研發(fā)人員的心血，但是很可惜，靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展依舊較為緩慢，這其中有國(guó)家層面的政策原因，但更重要的是經(jīng)濟(jì)條件，科研條件的限制，導(dǎo)致了此項(xiàng)技術(shù)的相對(duì)滯后。這種情況一直持續(xù)到1990年前后，美國(guó)的一所實(shí)驗(yàn)室通過大量的實(shí)驗(yàn)重新使這項(xiàng)技術(shù)又一次出現(xiàn)在大眾的視野里。又經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，在這幾十年之間，納米技術(shù)得到了蓬勃的飛速發(fā)展，展現(xiàn)出了旺盛的生命力，直到今天，靜電紡絲技術(shù)終于成為了大量研究領(lǐng)域的一個(gè)核心組成部分，它的廣闊的應(yīng)用前景也終于被人所重視和熟知起來(lái)。圖1.1簡(jiǎn)要總結(jié)了靜電紡絲發(fā)展的主要里程碑【1】諸如像模版法【2】氣相沉積法【3】和溶劑熱法【4】等都可以制備納米纖維，可是制備納米纖維的最優(yōu)選擇卻是靜電紡絲技術(shù)，因?yàn)槠溆兄统杀?，易操作，可控制程度高等?yōu)點(diǎn)。基于此，納米紡絲技術(shù)的產(chǎn)物被廣泛應(yīng)用于智能衣物【5-6】、污水處理【7-8】、空氣過濾【9-10】、生物醫(yī)藥【11-12】、等領(lǐng)域，有著令人艷羨的廣闊前景，如果將這些特質(zhì)都發(fā)揮出來(lái)，那納米材料的前景將會(huì)是不可預(yù)估的。1.2靜電紡絲的設(shè)備和原理首先探討一下傳統(tǒng)的靜電紡絲設(shè)備，其主要由三部分組成：高壓電源；裝載注射針管的推進(jìn)泵；接地的收集極（圖1.2）。其中高壓電場(chǎng)是由于在電壓范圍幾千伏到幾萬(wàn)伏之間的射流形成的，而注射器內(nèi)紡絲溶液的噴射速度可以由推進(jìn)泵精確控制，通常人們會(huì)根據(jù)不同的需要選擇收集極。鋁箔，金屬板通常被實(shí)驗(yàn)室選擇作為收集極。在紡絲過程中，針頭中擠出的液滴帶有大量電荷而這是由于高壓電源提供的靜電場(chǎng)造成的，液滴會(huì)受到一種力的作用，在此影響下其會(huì)被拉伸成泰勒錐，當(dāng)其表面的電荷斥力高于張力時(shí)，液滴就會(huì)射出射流。隨后，射流會(huì)被拉伸，溶劑揮發(fā)也會(huì)隨之產(chǎn)生，收集極上就會(huì)出現(xiàn)由于一種物質(zhì)，這是由于固化的溶質(zhì)而形成納米纖維沉積。 1.3影響靜電紡絲的因素靜電紡絲是一種涉及空氣動(dòng)力學(xué)，電動(dòng)力學(xué)，流體力學(xué)和靜電學(xué)等學(xué)科的過程，所以紡絲溶液自身的性質(zhì)，環(huán)境，紡絲的情況都會(huì)改變最終紡絲的結(jié)果。具體原因我總結(jié)了以下幾點(diǎn)：紡絲溶液的性質(zhì)：其主要影響因素有，溶液的黏度【14】，物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量【13】，溶液的濃度【15】，液滴的表面張力【16】、電導(dǎo)率【17】、溶劑的性質(zhì)【18】、溶液的溫度【19】等。聚合物形成的小液滴在電場(chǎng)力的作用下被拉伸的條件是，聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量適中，濃度，黏度適中。否則只能形成小液滴，或者在電場(chǎng)力的拉伸作用下，導(dǎo)致斷裂難以形成連續(xù)的納米纖維結(jié)構(gòu)。紡絲參數(shù)情況：其影響因素大體有，電壓（這決定著電場(chǎng)力的大?。?，紡絲溶液的推進(jìn)速度，出絲工具部位（一般為針頭）的直徑大小，出絲處與接收集之間的距離和接收集的材料等。例如，高壓電源提供的電壓越大，電場(chǎng)力對(duì)射流的拉伸力便越強(qiáng)，這就使得最后制成的納米纖維結(jié)構(gòu)較為纖細(xì)，但是電壓也不宜過大，這是由于如果電場(chǎng)力過大，會(huì)使得射流很快的便移動(dòng)到接收集上，射流還沒被電場(chǎng)力拉伸完全，同樣會(huì)使得，最后接收集上的納米纖維結(jié)構(gòu)變粗，影響使用。更重要的是，電壓過大可能會(huì)使得射流不穩(wěn)定，徒增很多不必要的實(shí)驗(yàn)誤差。其次，如果溶液的推進(jìn)速度過快，射流變得不到充分的拉伸，同樣會(huì)影響納米纖維的粗細(xì)結(jié)構(gòu)。第三，枕頭的粗細(xì)大小選擇也很重要，過大會(huì)使得溶液推進(jìn)過程中溶劑的揮發(fā)而造成枕頭堵塞，或是增大針頭與空氣的接觸面積，從而影響制備結(jié)果。所以針頭的大小選擇也要盡可能的適宜。最后，針頭與收集極的距離把握也會(huì)影響著出絲結(jié)果，如果距離過遠(yuǎn)，會(huì)影響電場(chǎng)力的大小，從而使得制得的納米纖維結(jié)構(gòu)較粗。環(huán)境參數(shù)：其主要是指紡絲過程當(dāng)中，周圍環(huán)境的溫度和濕度，眾所周知，溶液