静电纺丝技术应用.docx

静电纺丝技术应用
摘要：
静电纺丝技术作为一种新兴的纺丝技术，因其高效、低成本、易操作等特点，已经在许多领域得到了广泛的应用。本文就静电纺丝技术的原理、工艺以及在材料科学、医药、纺织品、能源等领域的应用进行了综述，并对该技术的未来发展进行了展望。
关键词：静电纺丝技术；纳米纤维；应用
一、静电纺丝技术的原理及工艺
静电纺丝技术是将高电压作用于聚合物或金属液体中的材料，在材料表面形成带电层，通过电场力将材料拉伸成纳米级的纤维，最后在收纳器中收集成纤维图案。静电纺丝技术早在1934年就被发现，但由于其对材料流变学参数以及工艺条件非常敏感，因此在很长一段时间内没有受到广泛的关注。直到80年代初，随着粘合剂的增加以及材料流变学研究的深入，静电纺丝技术才真正走进人们的视野。
在静电纺丝工艺过程中，主要包括溶液准备、电纺制备、纳米纤维收集、纤维形态分析等步骤。其中，首要步骤是溶液的制备，必须考虑到聚合物种类、溶剂种类、特定成份的添加、浓度等多种因素，这些因素都会影响到静电纺丝成纤的形态、尺寸及性质。除此之外，通过在喷头口附加交替电压源，可以对喷丝头周围气流甚至子母相对纵向位置来实现纤维直径的调控。常用的静电纺丝设备有：电场旋转纺丝装置、滴定型电场纺丝装置、板式电纺装置、有机/无机杂化静电纺丝装置等。
二、静电纺丝技术的应用
1.材料科学
静电纺丝技术是一种重要的纳米制备技术，目前广泛应用于合成纳米纤维、微纳米颗粒均匀复合材料，因其材料的超高比表面积、高收缩性、高孔隙率、高表面能以及大量可定向性分子链结晶等特殊性质，在分离探测、光电传感、化学传感、医学工程等领域得到了广泛应用。例如，在材料领域中，纳米纤维因其特殊的结构、化学组成以及电、磁、声、光等物理、化学性质，在化学、材料、医药等领域发挥了极为重要的作用，如制备纳米纤维增强的聚合物基复合材料，可以提高其强度和韧性。此外，由于静电纺丝成本低廉、制备过程操作简单，有望成为纳米材料的主要制备工艺之一。
2.医药
由于纳米材料具有高比表面积、低毒性、良好的生物相容性、L啊尺度效应等优良特性，特别适用于医药领域的纳米载体，如纳米药物递送系统、纳米医学材料、生物医学传感器等等。通过静电纺丝技术制备的纳米材料不仅可以根据需要调整其形态和尺寸，在药物递送方面，因具有较大的比表面积，大幅提升药物的溶解速度和溶出速率，因此具有更好的生物可利用性和生物分布性。同时，该技术还能通过一个简单的流程制备出高负荷药物的纳米纤维，从而提高药物的疗效和稳定性。
3.纺织品
纳米纤维是由纤维结构组成的，直径通常是纤维的百分之一以下，特点是材料的高比表面积和特殊的力学性能。由于这些特殊性质，纳米纤维可以制成各种形状的纤维材料，成为了高强度、高纯度、高耐磨性的半导体材料、光学材料、功能纺织品、电子材料等多种领域不可或缺的原材料。此外，制备出的纳米纤维成品有良好的平滑性、电性等物理性质，使其成为卫生、健康、美容等各方面的理想材料之一。
4.能源
由于纳米纤维具有超高比表面积、孔隙率、电子输运性能等特殊性质，适于应用于光电、能源转换、传感等领域。例如静电纺丝技术用于太阳能电池材料的研发，可以制备出具有高效能、稳定性和经济性的太阳能电池材料，在光电转换效率方面领先于其它纳米制备技术。另外，通过利用静电纺丝制备出具有纳米结构的电解质可以大幅提高锂离子电池的性能，例如高能量和高功率密度，长寿命锂离子电池的研发与生产。
三、静电纺丝技术的发展前景
静电纺丝技术作为一种新兴的纳米制备技术，具有易学、工艺简单、低成本等优势，已经成为纳米材料制备技术的主流之一。未来，随着科学技术的发展和人们对高性能材料的需求增大，静电纺丝技术将会进一步走向成熟，其应用范围也会进一步扩展。例如，利用静电纺丝技术可以生产高失控度的超级纳米纤维，可以开发新型的空气、水处理和废弃物处理系统等应用。另外，考虑到静电纺丝技术的易操作性、高效性和低成本等优势，未来将会在工业生产等领域得到进一步的应用，如工业废水处理、保护环境等方面。
四、结论
静电纺丝技术是一种新兴、高效、低成本的制备纳米材料的技术，已经广泛应用于材料领域、医药领域、纺织品、能源等领域，具有重要的理论意义和实际应用价值。静电纺丝技术将随着偏科学的发展、理论基础的完善，以及功效的进一步提高，将为各领域带来更多的创新和机遇。