静电纺丝——Electrospinning

中国科学技术大学材料合成化学•工作原理•装置设备•影响因素•应用领域•发展历史中国科学技术大学材料合成化学发展历史1966Simons申请了由静电纺丝法制备超薄、超细非织造膜的专利1995Reneker研究组开始对静电纺丝进行研究。静电纺丝迅速发展1999Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及微观结构作了研究A.Formhals在发明专利中最早报道静电纺丝，设计了纺丝加工的装置1934Larrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究19812000Spivak等首次采用流体动力学描述静电纺丝过程,并且提出了静电纺丝的工艺参数2003全面系统地研究静电纺丝超细纤维微观形貌的影响因素、表征、过程参数的改进2004多组分聚合物的静电纺丝。静电纺丝和其他方法结合开发新型纳米纤维。纳米纤维纺丝机纳米蜘蛛问世中国科学技术大学材料合成化学•工作原理•装置设备•影响因素•应用领域•发展历史中国科学技术大学材料合成化学静电纺丝装置示意图工作原理-一个典型的装置图中国科学技术大学材料合成化学工作原理静电纺丝的形成机理(0)Taylor锥的形成(1)射流（纤维束）的形成(2)射流（纤维束）的弯曲移动及劈裂细化；(3)溶剂的挥发及射流（纤维束）的固化。王淑红，静电纺丝制备几种聚合物/无机物复合纳米纤维与性能研究，博士论文中国科学技术大学材料合成化学工作原理(0)泰勒锥(Taylorcone)的形成液滴随时间的形状变化中国科学技术大学材料合成化学工作原理(1)射流（纤维束）的形成无高压20kV20kV加个角度中国科学技术大学材料合成化学工作原理(2)射流（纤维束）的弯曲移动及劈裂细化a理论模拟图实物观测图中国科学技术大学材料合成化学工作原理(3)射流（纤维束）的固化固化过程=3381中国科学技术大学材料合成化学•工作原理•装置设备•影响因素•应用领域•发展历史中国科学技术大学材料合成化学装置设备1.单针头装置2.多针头装置静电纺丝制备薄膜的效率提高薛聪,胡影影,黄争鸣.静电纺丝原理研究进展.高分子通报,2009,06:38-47.中国科学技术大学材料合成化学装置设备YujieXiong,BrianT.MayersandYounanXia,Somerecentdevelopmentsinthechemicalsynthesisofinorganicnanotubes,Chem.Commun.,2005,5013-5022内嵌式装置中国科学技术大学材料合成化学•工作原理•装置设备•影响因素•应用领域•发展历史中国科学技术大学材料合成化学影响因素纺丝液性质纺丝工艺参数环境参数聚合物分子量施加电压温度纺丝液粘度针头到收集板的距离湿度纺丝液浓度纺丝液流量纺丝室气流速度纺丝液电导率纺丝液弹性纺丝液表面张力静电纺丝的影响因素中国科学技术大学材料合成化学•工作原理•装置设备•影响因素•应用领域•发展历史中国科学技术大学材料合成化学应用静电纺丝锂-空气电池过滤材料传感器生物材料纳米纤维增强复合材料纳米纤维膜和智能布料光电材料酶和催化剂的支撑体自牺牲模板电子器件中国科学技术大学材料合成化学制备Li-O2电池正极材料虚线框中。放电后生成的绝缘的不溶解的Li2O2沉积在正极材料表面严重的极化、电子电导率低中国科学技术大学材料合成化学制备Li-O2电池正极材料用红圈中的东西做前面图中方框中的正极材料。1稳定的紧密纳米结构2比表面积很大3提供容易连续单程电子转移通道，4大量反反应位点NanoLett.2013,13,4190−4197中国科学技术大学材料合成化学生物细胞检定板Mimetix®96-wellplateforcell-basedassays真实的三维环境，让细胞活得更久、更好地模拟在人体内部中国科学技术大学材料合成化学生物细胞的包裹-释放材料浓度、进液速度、电压静电纺丝Young-JinKim,MitsuhiroEbara,andTakaoAoyagi,ASmartNanofiberWebThatCapturesandReleasesCells,Angew.Chem.2012,124,10689–10693低温疏水，高温亲水1三维结构更适合细胞生存2实现了细胞的储存-释放3材料可循环利用中国科学技术大学材料合成化学香烟滤膜PVC纺丝无纺布滤烟前滤烟后，管子变粗了M.Lackowski,A.Krupa,A.Jaworek,NonwovenfiltrationmatproductionbyelectrospinningMethod,JournalofPhysics:ConferenceSeries301(2011)012013中国科学技术大学材料合成化学NH3GasSensor石英振荡器为底，PVA-PAA纳米纤维传感器涂层材料制备得到的传感器这对NH3敏感性为50ppmSEM表征图1纳米纤维结构尺寸小、比表面积大2传感器的灵敏度、响应速度和选择性好Ding,B.;Kim,J.H.;Miyazaki,Y.;Shiratori,S.M.,ElectrospunnanofibrousmembranescoatedquartzcrystalmicrobalanceasgassensorforNH3detection.Sens.ActuatorB-Chem.2004,101(3),373-380.中国科学技术大学材料合成化学总结与展望1静电纺丝技术可以制备出直径纳米级别，长度是直径一千倍以上，无团聚，比表面积大的一维纳米线2一维纳米线组合、缠绕，形成了三维无纺布结构3目前已经涉及其中包括锂离子电池，生物材料，电子传感器以及滤膜的技术应用的开发，但仍然有很长的路要走，譬如前驱体溶液的选择与制备，膜的表面形貌更加精确控制谢谢！