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1、国外化纤技术NewTechnology静电纺纳米纤维的应用AGreiner等静电纺是目前能够制备直径低至几个纳米的连续纤维的唯一方法。这种方法可适用于合成及天然聚合物、聚合物合金及载有发色团、纳米粒子或者活性剂的聚合物,也可应用于金属和陶瓷纳米纤维的制备。利用特殊的静电纺丝法,可以生产出具有复杂结构的纤维,例如皮芯纤维或者中空纤维。另外,也有可能制备出从单纤维到纤维有序排列的结构。静电纺不仅仅在大学试验室中得到应用,而图1静电纺纤维与其它物体的尺寸对比且也逐渐应用到企业。应用领域非常广泛,包括光电子器件、传感器技术、催化、过滤以及医学等。2静电纺纳米纤维的应用1纳米结构化:新性能和应用2
2、.1作为模板由于在试验室条件下可以制备出聚合物纳米静电纺聚合物纤维可以用作制备中空纤维的纤维,20世纪90年代,研究人员对静电纺的兴趣模板[Tubesbyfibertemplate(TUFT)process]。在开始增加。纳米技术领域有一个原理:材料尺寸的TUFT工艺过程中,静电纺生物降解性或者水溶性减小会导致新性能的产生。例如,在半导体粒子或聚合物纤维利用聚合物、金属或者其它材料进行涂者膜方面,出现了新的光电子功能性(量子效应);层,随后通过选择性萃取或者降解去除模板聚合物在磁性材料方面,观察到超顺磁现象;在金属粒子纤维,就获得了中空纳米纤维。例如,Hou等利用催化方面,当尺寸减小到几
3、个纳米时,会带来结晶化学气相沉积(CVD)的方法,将聚对苯二亚甲基结构以及表面形态的变化,电子特性也会发生变化(PPX)涂敷到静电纺PLA纤维上,然后通过高温(费米能级以及还原电位的改变),这些变化会对吸分解去除PLA纤维,就获得了PPX中空纤维。利附性能、催化活性以及选择性产生直接影响。用相似的方法,Caruso等得到了PPX/Al中空纤维,表面的纳米结构化能够产生特殊的效应,例如即将PPX和Al同时涂层到PLA纤维上获得。Hou荷叶效应(自清洁效应)。因为蛋白质、病毒以及细制备的中空PPX纤维的内径小于10nm,外径约为菌的尺寸都在纳米级范围,所以纳米也和生物学密50nm(图2右),
4、使用的模板为静电纺PLA超细切相关。通过对比一些物体的尺寸,可以发现静电纳米纤维(图2左)。纺纤维的直径可以跨越相对较宽的范围(图1)。纳米结构体系有希望用于多种领域,例如,药物以及有机体中活性剂的输运和释放、组织工程、种植体的表面改性以及创伤愈合。另外,也可以用于光电子器件(例如储能)、纳米粒子以及碳纳米管的制备,所有这些应用都是目前研究人员关注的焦点。纳米金属棒、金属氧化物或者半导体材料,图2静电纺PLA纳米纤维的TEM照片(左)和由PLA纳米纤维以及聚合物纳米纤维只是在近年来才得到了重视。制备的PPX中空纤维的TEM照片(右)合成纤维SFC2008No.345国外化纤技术NewTe
5、chnologyHou和Sun等将PPX涂层到静电纺PLA/护)。Pd(OAc)2纤维上,随后高温分解去除PLA,获得纳米纤维非织造布取代微米非织造布会显著了载有Pd纳米粒子的PPX中空纤维(图3)。类似改变材料的输运过程,原因就是纤维细度的大幅减的,Sun等利用功能性模板纤维,通过TUFT工艺,小会极大地减小孔径值,并大大增加内表面积。例制得了PPX/Cu和PPX/Ag中空纤维。Caruso等利如,对于气体扩散(和保温性能密切相关),由于用Ti(OiPr)4涂层静电纺PA纤维,随后高温分解纤维直径的减小,扩散会从普通扩散(扩散路径由去除PA,并经过煅烧,得到了TiO2中空纳米纤气体粒子
6、之间的作用决定)转变为Knudsen扩散维。通过CVD工艺,将Al沉积到PLA纤维上,然(扩散路径主要由气体粒子和纤维之间的作用决后高温分解去除PLA,得到了Al中空纤维。利用定),利用蒙特卡罗模拟对此进行了广泛的研究。类似的方法,制备了Au、Cu以及Ni中空纤维。这种状况和粘性液体在非织造布中的渗透是相似Muller等进一步发展TUFT工艺,利用层层自组装的,即渗透系数直接和平均纤维半径相关。技术制备了具有复杂结构的中空纤维。气体输运性能对于纺织品非常重要。试验研究发现,纳米纤维毡的气流阻力相比于传统的纺织品增加了三个数量级,从而会显著提高保温性能。随着孔径的减小,防风性会得到极大的改
7、善(图4)。如果给定孔径和纤维尺寸,通过调节覆盖度(ρm;单位面积沉积纳米纤维的质量),可以在2较大范围内改变防风性,覆盖度由0.1g/m增加到图3载有Pd纳米粒子的PPX中空纤维的低放大倍数TEM照片10g/m2,防风性能一般可以增加1000倍。覆盖度(左)和高放大倍数的纤维TEM照片(右)为10g/m2时,对应的非织造布的厚度为20μm中空纤维也可以直接利用共轴静电纺制备出(孔隙度为60%)。另外,这种非织造布具有很高来。Li和
