纳米纤维的技术发展和应用

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1、纳米纤维的技术发展和应用王时博（江南大学纺织工程0701班，江苏无锡，214122）摘　要本文简单介绍了纳米纤维的定义、特点和应用，主要讨论了纳米纤维的制备方法，包括传统纺丝方法(如:静电纺丝法、复合纺丝法和分子喷丝板法)的改进以及新兴的生物合成法和化学合成法。关键词纳米纤维，技术，进展，生物合成，化学合成，应用前景TechnologyDevelopmentandApplicationofNanofibersWangShibo(JiangnanUniversitytextileengineering0701cla

2、ss,Wuxi,Jiangsu214122,China)AbstractTheconception,characterandapplicationofnanofiberareintroducedinthispaper.Boththetraditionalpreparation,suchas,electrospinning,seaislandbycomponentspinning,molecularspinneretspinning,andnewbiosynthesis,chemicalsynthesisareal

3、sodiscussedindetail.Keywordsnanofiber,technology,development,biosynthesis,chemicalsynthesis,applicationandprospect1　前言　随着纳米材料技术的飞速发展，纳米纤维技术已成为纤维科学的前沿和研究热点，并在电子、机械、生物医学、化工、纺织等产业领域得到一定的应用。纳米纤维技术在传统产业中的应用必将提升传统产业。纳米纤维主要包括2个概念:一是严格意义上的纳米纤维，即纳米尺度的纤维，一般指纤维直径小于100nm

4、的纤维。另一概念是将纳米微粒填充到纤维中，对纤维进行改性，采用性能不同的纳米微粒，可开发抗菌、阻燃、防紫外、远红外、抗静电、电磁屏蔽等各种功能性纤维。2　纳米纤维制备技术的进展2.1　静电纺丝法[1～4]静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心，是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动并发生形变，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维状物质，这一过程简称电纺。目前电纺技术已经用于几十种不同的高分子，即包括大品种的采用传统技术生产的合成纤维，如:聚酯、尼龙、聚乙烯醇等柔性高分子的电纺。

5、此外，包括蚕丝、蜘蛛丝在内的蛋白质和核酸(DNA)等生物大分子也进行过电纺实验。尽管所用的材料十分广泛，但是目前电纺纤维总是以在收集板负极上沉积的非织造布的形式而制得的，其中单纤维的直径可以随加工条件而变化，典型的数值为40nm～2μm，甚至可以跨越10nm～10μm的数量级，即微米、亚微米或纳米材料的范围。电纺纤维最主要的特点是所得纤维的直径较细，新形成的非织造布是一种有纳米微孔的多孔材料，有多种潜在用途。但是，目前的电纺技术在推广上存在一定技术问题:第一，此法得到的只能是非织造布，而不能得到纳米纤维彼此可分离

6、的长丝或短纤维;第二，目前静电纺丝机的产量很低，难以大规模应用;第三，由于多数条件下静电纺丝中的拉伸速率较低，纺丝路程很短，结果电纺纳米纤维的强度较低。目前对电纺进行改进可以提高其产量，其中转子纺丝机则是在原有静电纺丝机上使用多头喷丝来提高电纺产量;另一种改变使电纺流体带电荷的方法是等离子放电法或电荷直接注入法，例如电晕放电或场发射电子枪。采用这一类新方法，电纺中纺丝液的流量可达50ml/s，比实验纺丝机产量提高了几个数量级。2.2　复合纺丝法[1]将复合纺丝法生产的超细纤维推向极至，可以得到纳米纤维。例如，美国

7、Hills公司的超微细旦纺丝技术，在每根海岛纤维上有900个岛，经过充分拉伸使岛相成为纳米直径的微原纤，再将海相用溶剂洗去，剩下的即是纳米或亚微米纤维。日本东丽公司用此法得到0.0011dtex的纳米纤维(约100nm)，这种纤维的织物完全达到麂皮的效果。2.3　分子喷丝板法[2]分子喷丝板由含盘状物构成的柱形有机分子结构的膜组成，盘状物在膜上以设计的位置定位。盘状物是一种液晶高分子，是由近年来聚合物合成化学发展而来的。聚合物分子在膜内盘状物中排列成细丝，并从膜底部将纤维释放出来。盘状物特殊的设计和定位使它们能吸

8、引和拉伸某种聚合物分子，并将聚合物分子集束和取向，从而得到所需结构的纤维。3　生物合成法实际上，自然界中一直存在着纳米纤维，由于受到人们对自然界认识和研究条件的限制，只是在最近二十年中才得以认识并受到重视，特别是天然纤维对人类及环境的友好性，更促进了科学界对天然纳米纤维的研究。其中，蜘蛛丝和细菌纤维素纤维是较典型的例子。3.1　蜘蛛丝[1]较细的蜘蛛丝直径只有100nm的