聚合物納米纖維的製備方法：靜電紡絲

文/許小然

首圖來自文獻[2]，在下方Ref.處列出

展示視頻見原回答 ：

能否用視頻分享，有哪些可以用科學解釋的神奇現象？www.zhihu.com

靜電紡絲

簡單地說，靜電紡絲就是在數千至數萬伏高壓電場作用下，使高分子的溶液或熔體表面產生電荷，並受電場力與表面張力的共同作用，在電紡的針頭處形成一個圓錐形，稱之為泰勒錐。如果持續增加電壓，帶電的錐形液滴克服表面張力，逐漸拉長變細，突破錐頂而射向收集裝置。在射向收集裝置的過程中，溶劑揮發，纖維固化並不斷被電場力拉伸，形成直徑在納米級的細小纖維。由於纖維與纖維之間靜電排斥等原因發生不規則擾動，一般情況下，在收集裝置上，將得到隨機無規則排列的納米纖維氈。

靜電紡絲的原理十分簡單，即是將注射器中按照一定速度擠出的聚合物溶液或者熔體，在電場中受到電場力，然後被牽引成納米級別的纖維，與此同時，纖維被極化按電場線方向行進，沉積在收集裝置（一般是板或者輥）上，與此同時，溶液中的溶劑揮發，熔體冷凝，得到純固體，繼而得到我們稱之為納米纖維氈的納米絲膜。

按照上面對基本原理的描述，顯然在實驗裝置方面則要滿足四個條件：

• 有聚合物溶液或者熔體的容器，且該容器便於定量擠出
• 有十分精密的，用於微量定速擠出聚合物的推動裝置
• 生成可調節的電場
• 可將生成的納米纖維有效收集

對於這三個條件，實現它們的裝置分別是：

• 注射器
• 溶液輸送計量裝置
• 高壓直流發生器
• 纖維收集裝置

特別地，對於注射器，因為針頭要接正壓。收集裝置要接地或者接負壓，並且整個裝置是處在一個強電場中的，為了避免尖端放電，針頭要使用特製的平頭純金屬針頭：

關於泰勒錐，指的是針頭處的液滴在剛出針頭，溶液（熔體）截面積還比較大，肉眼可見的部分：

所以關於文首的視頻，很多人說看不見泰勒錐，這其實十分正常的，因為即便在視頻之外，以正在紡絲的我的視角，泰勒錐也是非常非常小的。

Ref.

[1]黃濤. 聚偏氟乙烯靜電紡納米發電機的製備、性能及應用研究[D].東華大學,2016.

[2]Tao Huang, et al. Enhanced Power Output of a Triboelectric Nanogenerator Composed of Electrospun Nanofiber Mats Doped with Graphene Oxide. Scientific Reports.

推薦閱讀：