靜電紡絲納米纖維發(fā)展以及在智能電子設備防護上的應用

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賈錦濤

2021-09-13

納米材料技術是在 80 年逐步發(fā)展起來具有前沿性、交叉性的新興技術領域, 是繼信息技術和生物技術之后, 又一深刻影響人類和社會經(jīng)濟發(fā)展的重大技術, 它的迅猛發(fā)展將在新世紀促使幾乎所有工業(yè)領域產(chǎn)生一場革命性的變化。21 世紀世界經(jīng)濟和社會的發(fā)展對納米材料技術有著巨大的需求。納米材料以其獨特結構性能，應用很廣泛，涉及到超濾膜、紡織品、生物醫(yī)學、傳感器以及精密電子設備等諸多方面。

從廣義地說，納米材料是指在三維空間內(nèi)至少有一維處于納米量級的材料。其大致可以分為：納米微粒（零維）、納米纖維（一維）、納米膜（二維）、納米塊（三維）。其中納米纖維包括纖維直徑為納米量級的超細纖維，也包括納米顆粒填充到普通纖維進行改性的纖維。

納米纖維在直徑上與普通纖維相比要小很多,干紡、濕紡及熔紡等通用的纖維制備方法都無法紡出直徑穩(wěn)定在納米級的纖維.為獲得特殊的產(chǎn)品性能需選擇適合的加工工藝,近年來開發(fā)了一系列制備納米纖維的方法：

技術名稱	纖維直徑（nm）	成型效率（g/min）	技術特點
拉伸法	60-3000	— —	工藝簡單，但纖維連續(xù)性差，僅適合高粘彈性聚合物，生產(chǎn)效率低
模板合成法	20-500	— —	尺寸穩(wěn)定性好，但纖維連續(xù)性差，結構高度依賴于模板
自組裝法	20-200	— —	纖維直徑小，但纖維可控性差，工藝復雜，原料范圍窄
原纖化法	100-1000	1-50（單反應器）	纖維尺寸可控性好，但工藝復雜，原料范圍窄
氣旋紡絲	50-2000	0.5-10（100孔）	原料適用范圍廣，生產(chǎn)效率高，但纖維直徑離散度大，聚合體結構可控性差
熔噴法	300-5000	50-200（100孔寸）	生產(chǎn)效率高，纖維連續(xù)性好，但纖維離散度大，僅適合熱塑性聚合物
閃蒸法	180-1000	2-100（100噴孔）	生產(chǎn)效率高，但工藝復雜，纖維直徑離散度大，連續(xù)性差
靜電紡絲	2-1000	1-20（100噴孔）	設備簡單，紡絲成本低，可紡物質(zhì)種類多，工藝可控性好

靜電紡絲技術制備納米纖維材料是近十幾年來世界材料科學技術領域的較為重要的學術與技術活動之一。靜電紡絲并以其制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質(zhì)種類繁多、工藝可控等優(yōu)點，已成為有效制備納米纖維材料的主要途徑之一。

其原理是在外界高壓靜電場作用下使各類聚合物溶液帶電，從而發(fā)生變形，聚合物溶液在噴絲頭末端處形成錐狀的液滴，當外界施加的靜電力足夠大時，以至于可以抵消其表面分子張力和內(nèi)部黏結力時，那么就可以在紡絲液滴表面高速噴射出聚合物的細小液流，簡稱“射流”。細流在一定距離內(nèi)快速通過，途中受到電場力作用的伸長、溶劑揮發(fā)、聚合物固化，從而吸附在接收極板上，從而得到纖維直徑為亞微米甚至納米數(shù)量級的聚合物纖維。

靜電紡納米纖維比傳統(tǒng)紡絲法制得的纖維細得多，直徑一般在幾十納米至幾微米之間。其優(yōu)越性能有以下幾點：第一，纖維直徑小，用這種纖維形成的非織材料，在力學性能、導電性、吸附性等方面表現(xiàn)出優(yōu)良的性質(zhì)，具有納米級材料的獨特性；第二，具有高比表面積，纖維直徑減小1至2個數(shù)量級，比表面積會增大幾個數(shù)量級，高比表面積使其應用得到更大的拓展；第三，高可塑造性，靜電紡絲制備納米纖維覆膜，可以有效控制纖維直徑、孔徑、厚度以及纖維功能性，應用場景適應性強。

日津科技秉承以客戶為中心，創(chuàng)新發(fā)展的理念，目前已經(jīng)涉及到靜電紡絲納米材料開發(fā)，目的是充分利用納米纖維材料的獨有特性，賦予基礎產(chǎn)品更高的附加性能。其中就包括傳統(tǒng)網(wǎng)紗結合靜電紡絲納米材料的產(chǎn)品創(chuàng)新，開發(fā)出不同規(guī)格的靜紡覆膜的網(wǎng)紗材料，以滿足客戶更高的產(chǎn)品性能需求。