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        靜電紡功能性納米纖維材料的研究現狀 2730瀏覽/0回復

        小易

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        發表于 2019-11-17 22:26:41

          考慮到當今時代人類需求的不斷變化,制備高性能、多功能的納米纖維材料已成為當前靜電紡絲領域的研究熱點。利用靜電紡絲技術可制備實心、空心、核殼結構或蜘蛛網狀結構的納米材料,其中不止是有機纖維,還包括無機纖維和有機一無機復合纖維。隨著科技的進步,靜電紡絲技術在過濾、光電、能源、生物醫藥等領域均發揮著越來越重要的作用。隨著靜電紡納米纖維應用領域的日漸擴大及進一步滿足人們對應用安全性、便捷性及高效性的要求,制備多功能性納米材料并投人工業化使用迫在眉睫。目前已有很多采用改變靜電紡絲液性質或對納米纖維進行后整理改性賦予其功能性的研究報道,通過改性可以提高材料力學、光學及電學等諸多性能,還可以獲得很多新穎的功能,其中包括遠紅外功能、生物降解性以及溫敏熱敏等功能。

          1物理改性

          靜電紡絲溶液性質對所制備的納米纖維有很大的影響,多種材料的直接混合或共同紡絲以及對纖維進行簡單的后整理均可以達到提高納米纖維材料的性能、使其功能更加多樣化的目的。

          1.1 共混紡絲法 利用靜電紡絲技術可以制備多組分的復合納米纖維,使材料之間優勢互補,拓寬應用領域,同時也可以將一些相對分子質量較高、可紡性較好的聚合物溶液與其他不可紡物質進行共混紡絲,可以使納米纖維獲得額外的優良性能,如賦予其較高的導電性、抗菌性或吸濕性等一系列功能性。

          1.2 同軸靜電紡 同軸靜電紡絲與傳統紡絲技術的不同之處在于噴絲頭的結構。同軸靜電紡絲技術利用其獨特的同軸噴絲頭使皮層溶液與芯層溶液的泰勒錐互相作用,發生一定的復合,從而制備出皮芯結構的納米纖維,還可以在此基礎上進行一定的后整理制備出中空纖維,由于其本身獨特的結構和多樣的功能性,被廣泛應用于電池、氣敏傳感器、光催化及生物醫藥領域。

          1.3 表面涂覆改性 通過涂覆使納米材料表面形成一層薄膜從而賦予其功能性是很普遍的方法,操作簡單,分布均勻,但由于其間作用力僅是物理粘附,長期使用后效果有所下降。

          2 化學改性 物質問通過化學鍵的連接相比于普通的物理粘附更牢靠,制得的復合材料更耐久,所表現出的性能更優異,可以通過還原或聚合等其它手段制得功能性基團或納米粒子來提高產品價值。目前看來,材料的性能與功能性方面所表現出的均勻穩定更適宜在實際中應用。

          2.1 原位還原 原位還原通常用于將金屬粒子負載到納米纖維上。

          2.2 原位聚合 原位聚合法是使聚合反應發生在納米材料上,隨著聚合反應的推進,生成物逐漸沉積在納米纖維的表面,使其具有功能性。

          2.3 界面聚合 界面聚合法廣泛應用于復合納濾膜的制備,其顯著優勢就是可以在基材上形成超薄的濾膜。

          2.4 水熱合成法 利用水熱合成法在纖維表面合成無機材料是很常用的方法,在高溫高壓的環境中與水發生化學反應生成不易在水中分解的物質并包覆在纖維表面,此法制備的納米材料分散更均勻,可以通過控制反應條件以改變包覆的程度。

          2.5 高溫煅燒 高溫煅燒旨在去除材料中的有機成分,通過對溫度的調節可以得到不同成分及表面結構的纖維,通常與其他方法相結合制備無機納米纖維或中空結構纖維。

          3 物理.化學改性 一部分改性技術利用物理或化學手段均可使材料或基團之間構成一定程度的緊密結合,可以將對所需材料結構和性質的要求與成本效益原則相結合設計適當的改性方案,推動其工業化進程。

          3.1 層層組裝 在用于制備多層材料的現有技術當中,層層組裝技術表現出了諸多優勢,由于其是靠較小的作用力使得材料間自發結合從而逐層沉積在表面,所以對維持材料本身的結構與性質很有幫助,應用上也并不僅局限于幾種材料,其間作用力通常包括靜電相互作用、氫鍵、配位鍵、共價鍵、疏水相互作用。

          3.2 接枝改性 通過化學或物理手段均可以對纖維表面進行接枝處理,使纖維膜表面產生自由基,其中包括化學接枝法、等離子體接枝法和高能輻射接枝法等,均可以有效提高材料性能,廣泛應用于過濾分離及電池隔膜等領域,但目前還存在成本效益問題。

          綜上所述,納米纖維材料經過改性后可以表現出高吸濕性、生物相容性、抗菌性、高疏水性、高保暖性等特性,為人們的生活帶來更多便利、舒適與健康??蒲腥藛T通過共混紡絲和同軸紡絲等方法,利用材料間的聚合或還原反應獲得了不同性能和結構的功能性納米材料,但現階段利用上述方法制備納米材料的過程中仍存在一些問題,比如納米粒子的團聚現象、材料間的相容性差、功能層易剝離、成本效益失衡等,都值得進一步的研究予以改善?;谶@些研究基礎,可以展望未來在以下方面要實現突破:(1)研究增強功能性納米材料結構及性能穩定性的方法,進一步拓展其應用領域;(2)探索可用于靜電紡絲且與其他材料相容性較好的新型材料,實現更多種功能的結合;(3)探索制備功能性納米材料時可用的生物降解材料以及環保型整理技術,實現其可持續性發展。

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