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第 2 期高分子通报· 35 ·
电纺法及其在制备聚合物纳米纤维中的应用
卢正险,延卫
3 (西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,西安 710049)
摘要:在介绍电纺法的基础上,对电纺法制备聚合物和导电聚合物纳米纤维的影响参数和电纺纤维的应用
研究进行了综述,同时展望了该方法在制备聚合物纳米纤维方面存在的挑战和机遇。
关键词:电纺法; 纳米纤维; 聚合物和导电聚合物
引言
科学家们发现,当物质的颗粒小到纳米量级(0 1~100nm) 时,物质的各种性质(如机械强度、磁、光、
声、热等) 都将发生变化,并具有辐射、吸收、吸附等许多新特性,由此有望制备具有特殊功能的材料[1 ] 。
由于聚合物纳米纤维具有高的比表面积、良好的机械性能,使其有广泛的应用前景[2 ] 。
近年来,人们已开发了一系列制备聚合物纳米纤维的方法,如纺丝[3 ] 、模板合成法[4 ,5 ] 、相分离法[6 ] 、
自组装方法[7 ,8 ] 以及电纺法[9 - 11 ] (electrospinning) 等。纺丝法与纤维工业中的干纺法类似。它的突出优点
是,可以制备非常长的单根纳米纤维,但是目前它仅适用于少数几种高粘弹性的聚合物。所谓模板合成
法是使用纳米多孔膜作为模板,通过单体分子在孔内的聚合和沉积,合成聚合物纳米线或纳米管,然而它
却不能合成连续的纤维材料,同时模板的去除也较繁杂。相分离法是通过溶解、凝胶、萃取、凝固和干燥
等几个步骤,得到纳米尺寸的多孔泡沫体,固体聚合物转移到泡沫体孔内,得到聚合物纳米纤维,它的缺
点是转移过程消时太长。自组装方法是通过单体或小分子的非化学键相互作用力,组装成特定形貌聚合
物的一种方法,它和相分离法一样,也需要较长的时间来形成连续的聚合物纤维。与上述方法相比,电纺
法制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易以及高效等优点,因此它被认为是制备大量聚合物连续
纳米纤维最有效的方法[12 ] 。
虽然电纺法已经出现了近 70 年[13 ] ,但是在过去的几十年中这种方法并未引起人们的足够重视。近
些年来,随着纳米科技的发展,人们对这种方法表现出了越来越高的兴趣[14 ] 。目前,文献中已报道的经
由电纺法制备纳米纤维及复合纤维的聚合物已达 50 多种。
由电纺法制备的聚合物纳米纤维具有非常广泛的应用前景,如用作无机纳米纤维中间体、复合材料
中的增强纤维、分离膜材料、化学和生化传感器、药物传输和医药复合物、伤口敷裹材料以及分子纳米电
子器件等[12 ] 。
在本文中,作者简要的介绍了电纺法,综述了影响电纺纤维性质的参数和聚合物电纺纤维的应用研
究现状,并分析了电纺法在制备聚合物纳米纤维方面存在的挑战与机遇。
1 电纺法及其影响参数
1 1 电纺法
电纺法制备聚合物纳米纤维的原理如图 1 所示。整套实验装置可以分为 3 个部分: 高压电源
(30KV) 、盛放聚合物溶液或熔体的容器及喷头、接收板[15 ] 。
聚合物溶液或熔体与高压电源通过导线相连,接收板接地,因此在聚合物溶液或熔体与接受板间存
基金项目: 中国科学院化学研究所有机固体开放实验室基金资助课题。
作者简介:卢正险,25 岁,硕士研究生,从事电纺法制备聚合物纳米纤维及其