静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展.pdfVIP

高 分 子 通 报 2010年9月 静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展 李蒙蒙1’2，朱 瑛1，仰大勇H，蒋兴宇3，马宏伟1 (1-中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州215125； 2．青岛大学物理科学学院，青岛 266071；3．国家纳米科学中心，北京100190) 摘要：静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术，由于设备和实验成本低、纤维产率高、制 备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势，近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究 的最基本动力和终极目标，因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展 方向，本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域，包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应 用、生物芯片和催化剂负载等。并展望了未来可能的发展方向。 关键词：静电纺丝；纳米纤维薄膜；应用进展 引言 静电纺丝是一种简便易行、可以直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法，其制备的纳米纤维 薄膜通常是以无纺布形式存在的。静电纺丝技术具有一些突出的优点：设备和实验成本较低，纤维产率 较高，制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内)，并且适用于许多不同 种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维薄膜在许多领域具有广泛的潜在应用[1~6]。 静电纺丝的原理和设备如图1(a)所示L7]，高压电源提供高压，正极接在医用注射器的不锈钢针头上， 负极(接地)接在铝箔上。电压一般在5kV到30kV之间，针头到收集极间的距离(工作距离)一般在5 cm到20cm之间。实验时，将纺丝溶液装入注射器内，并加上高压。由于高压电场的作用，在针头处形 成“泰勒锥”。溶液在高电压作用下形成射流，并经过多次分裂，同时溶剂快速挥发，在收集板上就得到了 微纳米尺度的纤维，如图1(b)(c)所示。 图1 (a)静电纺丝的装置示意图及得到的聚合物纳米纤维的(b)数码照片和(c)电镜照片‘71 l (a)Schematicillustrationof camera Figure electmspinningset—up；(b)Digitalimageand(c)SEMimage of nanofiberscollectedonanalumin哪{oil[7] eIectrospun 近年来，静电纺丝逐渐成为材料科学与纳米科技的研究热点之一。吸引着全世界的科技工作者。纵 观近期已发表的相关文献，研究的内容包括以下几个方面：(1)新材料静电纺丝的制备，主要包括生物材 基金项目：国家自然科学基金、江苏省自然科学基金(BK2009141)； 作者简介：李蒙蒙(1988一)．男．硕士研究生。主要从事静电纺丝制备纳米材料及其性质等方面的研究； 。通讯联系人-E．Imil：dyyan92008@simno．ac．cm 万方数据 第9期 高 分 子 通 报 · 43· 料、有机小分子以及无机材料[8~1妇l(2)不同微观形貌微纳米结构的制备，例如多孔微球、多孔微管 等c1乳131l(3)制备有序排列的纳米纤维[14~16]。由于传统静电纺丝得到的纤维是随机排列的无纺布，阻碍 了其在某些领域的应用，因此发展了一些制备有序排列的纳米纤维的方法。此外，还有人致力于三维结 构的尝试[173I(4)静电纺丝的机理。虽然人们可以用高速照相机等研究手段来直观地研究纺丝现象中纤 维的形成[181，但影响纺丝的因素太多，如何提供一个普遍接受的数学模型来定量地分析和解释静电纺丝 现象是目前的重大难题之一；(5)实际应用。任何材料制备的最终目的都是实际应用，以解决人类生活生 产中的遇到的问题。近年来，静电纺丝研究领域已经从形貌的控制发展到应用开发，科研工作者尝试了 各种可能的应用领域，并取得了瞩目的成果。作者认为静电纺丝形成的纳米纤维薄膜比单根静电纺丝纤 维更能体现静电纺丝技术的特点和特长，而且纳米纤维薄膜的应用更为广泛，因此本文对于单