靜電紡絲技術的影響因素及應用研究綜述

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　　摘 要：靜電紡絲技術是近年來興起的一種簡單高效、經濟快捷的納米纖維材料制作技術。近年來，納米材料在諸多領域都得到了廣泛應用，越來越多的人將關注點放在對靜電紡絲技術的研究和探索A上，并且取得了較為可觀的成果?；诖耍疚膶o電紡絲技術的影響因素及應用研究進行探究，以期為相關學者的研究提供借鑒。
　　關鍵詞：靜電紡絲技術;影響因素;應用領域
　　中圖分類號：TQ340.64 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0075-03
　　Abstract： Electrospinning technology is a simple， efficient， economical and fast fabrication technology of nanofibers， which has emerged in recent years. In recent years， nanomaterials have been widely used in many fields. More and more people focus on the research and exploration of electrospinning technology， and have achieved considerable results. Based on this， this paper explored the influencing factors and application research of electrospinning technology， in order to provide reference for relevant scholars.
　　Keywords： electrostatic spinning technology;influencing factors;application field
　　1 靜電紡絲技術簡介
　　1934年，Formalas發明了用靜電力制備聚合物纖維的實驗裝置，并申請了專利。該專利公布了聚合物溶液在電極間怎樣形成射流，詳細描述了利用高壓靜電來制備纖維裝置的專利，被公認為靜電紡絲技術制備纖維的開端。但是，在靜電紡絲技術剛產生時，并未引起人們的重視。直到20世紀中期，納米技術開始飛速發展，納米材料被廣泛應用于各個領域，靜電紡絲技術逐漸得到各界學者的重視和廣泛關注。從高分子材料的化學及物理性能上來講，靜電紡絲是一種通過電場最終使前驅體溶液霧化的技術。前驅體溶液在高壓電場的作用下，高分子流體并不是以一種液體的微小的形態運行的，更多是以一種霧化的形式來實施的[1]。靜電紡絲過程可以描述聚合物溶液在強靜電場中的流動。當溶劑固化后，得到纖維狀材料。在電場中，流體被霧化，經過一段時間和一段距離的運行后最終轉化成為纖維。世界上最早的靜電紡絲裝置是在美國著名的專家的不斷研究之下呈現出來的，試驗用醋酸纖維素溶液為前驅體溶液置于高壓電場中，分別將兩個電極連接在接收裝置和紡絲頭上，當電場力克服了電流表面張力后，小液滴就不能繼續維持原先所具有的形態，因而就形成了最終的束狀細絲，固化后形成纖維。在之后的研究和探索中發現，試驗中采用的流體的性質對紡絲是否能取得成功發揮著至關重要的作用。從近年來的綜合發展形勢來看，在制備納米材料時，對靜電紡絲這種制備方法也是給予了強烈的關注和前所未有的重視。
　　2 靜電紡絲技術的現狀
　　靜電紡絲因具有制造裝置簡單、紡絲成本低廉、可紡物質種類繁多、工藝可控等優點，被廣泛應用于各個領域[2]。但在實際應用過程中，靜電紡絲技術仍存在諸多問題。在對靜電紡絲后續的研究過程中，并沒有深入滲透到無機納米纖維領域的研究來。通過靜電紡絲技術制備的無機物納米纖維成品的柔韌性和連續性不足，非常脆，故而，在具體的使用過程中，也會給具體的使用帶來諸多不便之處[3，4]。
　　3 靜電紡絲技術的影響因素
　　3.1 紡絲液載體
　　紡絲液即為前驅體溶液，一般是由高分子聚合物和與其相溶的溶劑組成。從客觀角度來講，所有的可溶和熔融態的高分子聚合物都可以用靜電紡絲技術進行加工和制備。從當前的發展形勢上來講，可以用于進行靜電紡絲的聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、膠原蛋白、明膠等合成或者天然高分子材料，而常用的溶劑為水、硫酸、無水乙醇、二氯甲烷等[5]。
　　3.2 黏度
　　靜電紡絲的前驅體溶液黏度過大會使高聚物分子鏈纏結過多、過密，導致射流發生較大的不穩定現象，使紡絲難以完成，也容易導致獲得的納米纖維直徑和分布非常不均勻。但是，黏度過低會使紡絲液難以形成正常的射流，紡絲難度大，最終只能形成液滴。從上述對相關性能的分析可知，前驅體溶液黏度的高低對靜電紡絲的均勻程度起決定性作用。影響前驅體溶液黏度的因素主要包括溶劑種類、聚合物分子量大小、紡絲液中各個成分的配比等。所以，為了獲得最佳效果，配置紡絲液時，要兼顧上述因素，并且不斷進行嘗試和試驗[6-7]。
　　3.3 導電性
　　在靜電紡絲過程中，由于紡絲液受到靜電場的作用較大，所以導電性對靜電紡絲有著很大的影響。溶液會產生較多射流束，在電場力作用下，聚合物溶液經過拉伸，固化成纖維膜。由此，紡絲液的導電性對最終紡絲的效果也是具有重大影響的。在進行紡絲的過程中，導電性是必須要重點考慮的問題。將鹽類、離子溶液或者導電金屬離子加入前驅體溶液中，能提高其導電性，并且能提高溶液的電荷密度。紡絲液進入已經設定好的電場后，由于受到更加強大的電場力影響和實際作用，最終能夠制備出直徑更細的電紡納米纖維。
　　3.4 電壓
　　電壓對靜電紡絲制備納米纖維產生的影響分為以下兩個主要方面：其整體的電壓呈現出不斷提升和增加的趨勢，射流在這樣的狀態下也不斷予以拉伸，對其形成小直徑納米纖維具有重要意義;電壓如果持續上升，紡絲液射流的噴射速度過快，導致溶劑在噴射過程中難以實現相對充分的揮發，小液滴的拉伸和分裂不足。 　　3.5 接收距離
　　接收距離對電場強度、紡絲液射流在電場中的拉伸和飛行時間以及在這個過程中溶劑的揮發會造成直接影響。接收距離較小會增大電場強度，最終呈現出來的結果是其拉伸效果更好一些，對于形成直徑更細、分布更均勻的納米纖維是行之有效的。較小接收距離也會縮短拉伸時間，這樣會造成溶劑揮發不充分，最終導致在具體分布上有比較明顯的分布不均衡的現象存在[8，9]。
　　4 靜電紡絲技術的應用
　　4.1 組織再生
　　人體的很多組織一旦遭受到損傷，要想再將其復原，難度是非常大的。因此，需要在體外構建活體組織，將其植入體內，利用這樣一種活體組織替代被破壞的組織。因為利用靜電紡絲制備的納米材料直徑與正常的細胞相比要小很多，因而，其能模擬代替細胞外基質的結構及生物功能。由此，針對不同組織的再生需求，利用靜電紡絲制備的納米材料構建多種不同結構的仿生支架，進而實現其替代組織的培養，最終實現對人體受損的細胞的修復[10-12]。
　　4.2 電池方面的應用
　　當前的電池普遍具有隔膜孔隙率和吸液量不足等諸多缺點。要想在大電流下實現有效充電或者是放電，難度較大。但是，通過靜電紡絲技術能夠制備出具有高比表面積以及高孔隙率的納米級纖維材料。因此，利用靜電紡絲技術制備鋰離子電池膜能實現吸液量和孔隙率的大幅度提升。
　　4.3 藥物載體
　　傳統的給藥方式以口服、注射為主。無論是從患者對藥物的吸收率上來講，還是從其對藥物的代謝速度上來看，該方式都不能較好地滿足機體的需求。在該狀態下，藥物要想更好地發揮出其效用，難度也較大。由于電紡纖維的可溶性和生物相容性效果良好，因此，高分子材料可以通過靜電紡絲制備成納米纖維，進而將其應用到人體對藥物的吸收上，最終實現人體對藥物利用率的大幅度提升[13-15]。
　　4.4 食品領域
　　近年來，靜電紡絲制備納米纖維在食品領域得到了廣泛應用，主要被用于包裝材料、快速檢測和食品添加劑等方面。其在食品領域的發展前景以及發展規模是非常可觀的。
　　5 結語
　　從當前環境來看，已經有200多種高分子聚合物能通過靜電紡絲技術成功制備出納米纖維;從客觀角度來講，靜電紡絲只能制備高分子聚合物納米纖維，如果想要利用無機物的方式來實現，難度較大，這是因為無機物的黏度不能很好地契合其本身的具體使用需求。目前，雖然還不能通過靜電紡絲直接制備出無機物，但能將高分子聚合物和無機物攪拌溶解在一起形成靜電紡絲的前驅體溶液來制備具有一維結構的無機物納米級纖維。在當前納米技術迅猛發展的時代，靜電紡絲作為一種高效的納米纖維制備方法，在很多產業及領域都得到了認可和廣泛應用，為人們的生產、生活以及工作提供了較大的便利。
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