新型靜電紡絲技術(shù)制備功能微納米纖維及其應(yīng)用.pdf

1、靜電紡絲法是一種簡(jiǎn)單、快捷，且可以較大規(guī)模制備均勻、連續(xù)的一維納米結(jié)構(gòu)材料的方法，其制備的纖維直徑可從幾十個(gè)納米到幾微米。研究和開發(fā)靜電紡絲技術(shù)及其制備的一維納米結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用已經(jīng)成為各國科研人員廣泛關(guān)注的課題。到目前為止，通過電紡技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了近百種不同聚合物納米纖維、各種類型聚合物/無機(jī)物復(fù)合納米纖維及無機(jī)納米纖維的制備。由于靜電紡絲微納米纖維獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，因此在組織工程、納米傳感器、太陽能電池、藥物緩釋、催化、柔性器件等領(lǐng)域

2、具有廣泛的潛在應(yīng)用。傳統(tǒng)靜電紡絲最常見的產(chǎn)物是二維無紡布纖維結(jié)構(gòu)，這在某種程度上限制了其更進(jìn)一步的應(yīng)用，因此，對(duì)于形貌可控電紡微納米纖維結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的需求也日益增加。
　　本文基于電紡基本原理，嘗試?yán)眯滦挽o電紡絲法制備形貌可控的微納米纖維結(jié)構(gòu)。在對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)探討的同時(shí)，還對(duì)其部分結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行了深入的探索和研究。
　　首先，通過對(duì)電紡過程中部分工藝參數(shù)的控制，我們利用傳統(tǒng)靜電紡絲裝置在很短的時(shí)間以內(nèi)，制備了三維自組

3、裝堆垛纖維結(jié)構(gòu)。該堆垛結(jié)構(gòu)可在很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到超過10cm的高度。在詳細(xì)研究該三維自組裝纖維結(jié)構(gòu)形成機(jī)理之后，我們實(shí)現(xiàn)了三維堆垛結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)二維纖維膜之間的成功轉(zhuǎn)換。
　　其次，考慮到扭曲結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)變控制方面得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，我們分別制備了基于無序和有序結(jié)構(gòu)的電紡纖維扭曲結(jié)構(gòu):先是利用帶有尖端收集極的靜電紡絲裝置制備了無序的螺旋扭曲結(jié)構(gòu)。通過將常規(guī)靜電紡絲中的鋁箔變成一個(gè)具有很小面積的尖端收集極，可以改變正負(fù)極之間的電場(chǎng)分布，從而改變電

4、紡纖維內(nèi)部力學(xué)分布，增加纖維的力學(xué)不穩(wěn)定性，因此更容易形成扭曲螺旋結(jié)構(gòu)的微納米纖維。然后，我們利用結(jié)合了靜電紡絲與簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的新型靜電紡絲裝置—紡絲噴頭往復(fù)式靜電紡絲裝置，使得有序排列扭曲結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物纖維陣列得以制備。由于存儲(chǔ)于扭曲結(jié)構(gòu)中的預(yù)應(yīng)變得以控制，因此基于該陣列制備的柔性可拉伸應(yīng)變傳感器，具有優(yōu)良的抗拉伸性，并且具有很好的可重復(fù)性和耐久性。
　　再次，我們以電紡PMMA纖維作為模板，通過原位聚合的方法在其表面生長了一層納

5、米枝狀結(jié)構(gòu)聚苯胺，從而制備出新型同軸纖維結(jié)構(gòu)，PMMA纖維外包裹的納米枝狀結(jié)構(gòu)聚苯胺使得材料具有較高的比表面積。此外，我們對(duì)該同軸結(jié)構(gòu)纖維的電學(xué)性能以及對(duì)氨氣的氣體敏感性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，基于無序排列的同軸纖維結(jié)構(gòu)具有較低的電導(dǎo)率，但對(duì)氨氣的氣體敏感性更高;而基于有序排列的同軸結(jié)構(gòu)纖維則表現(xiàn)出更良好的電學(xué)性能。
　　最后，我們通過雙框架收集裝置和離心電紡裝置制備了納米纖維絞線結(jié)構(gòu)，通過對(duì)電紡參數(shù)的控制，這兩種方法制備的絞線結(jié)