用于研發(fā)的靜電紡絲設(shè)備NF-500介紹

在高壓電場(chǎng)的作用下，聚合物溶液或熔體表面被極化產(chǎn)生電荷，形成與表面張力相反的靜電斥力。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度突破臨界值，聚合物液滴呈現(xiàn)圓錐體形狀，即“Taylor錐"。當(dāng)紡絲電壓足以克服聚合物液滴的表面張力時(shí)，Taylor錐的底部形成細(xì)小的射流，射流在沿直線運(yùn)動(dòng)一小段距離后進(jìn)行劇烈的螺旋擺動(dòng)，伴隨著溶劑的揮發(fā)，射流固化沉積到接收裝置的表面，形成納米級(jí)的聚合物纖維。

                                               圖1 靜電紡絲設(shè)備示意圖

人體中的許多組織損傷后不能再生，如果創(chuàng)傷嚴(yán)重，患者必須通過器官替代或移植來恢復(fù)功能。靜電紡絲納米纖維由于其良好的生物相容性、可控的機(jī)械性能和類似天然細(xì)胞外基質(zhì)的特點(diǎn)，被認(rèn)為是優(yōu)秀的組織工程材料。目前，電紡納米纖維已經(jīng)在皮膚、血管、心臟、神經(jīng)、骨組織等組織工程領(lǐng)域得到了研究及應(yīng)用。

靜電紡絲技術(shù)制成的納米纖維敷料具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）能夠模擬皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的自然結(jié)構(gòu)，使得納米纖維敷料對(duì)傷口輪廓具有良好的適應(yīng)性，更好地保護(hù)傷口。

（2）靜電紡絲技術(shù)可用于將酶、生長(zhǎng)因子、抗生素或抗氧化劑等多種藥物負(fù)載于納米纖維的內(nèi)部或表面，通過調(diào)節(jié)其纖維的力學(xué)參數(shù)，從而影響細(xì)胞生長(zhǎng)和組織再生，最終調(diào)節(jié)傷口愈合過程。

（3）納米纖維敷料因其高孔隙率而具有良好的透氣性和可調(diào)節(jié)的潤(rùn)濕性，可以實(shí)現(xiàn)防水、透濕等特殊功能，為傷口愈合創(chuàng)造更好的環(huán)境。

（4）納米纖維敷料比表面積大，具有強(qiáng)的吸水性（吸水率可達(dá)17.9%～21.3%）與高效的止血效果。

3.1 空氣凈化

由于電紡納米纖維薄膜具有直徑小、比表面積大、孔隙率高以及孔徑分布可控等特點(diǎn)，目前已有學(xué)者成功制備多種纖維膜并將其用作空氣過濾介質(zhì)，如聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA 6）、聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）等。在傳統(tǒng)熔噴布上附著一層納米纖維制成的復(fù)合材料具有高效低阻的優(yōu)點(diǎn)，能有效提高過濾效率；靜電紡絲工藝也可以制備可降解或可以重復(fù)使用的新型口罩；抗菌殺菌也是納米纖維基空氣過濾材料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。

3.2 液體過濾

液體過濾在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著舉足輕重的地位，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比膜分離技術(shù)具有高效低耗等特點(diǎn)，其中最為常用的方法有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）以及正滲透（FO）。靜電紡絲作為新型制膜技術(shù)，所制備的纖維膜具有孔徑小、孔隙率高且孔徑可調(diào)等特點(diǎn)，使其在液體過濾中具有較高的過濾效率和滲透通量。

圖4 納米纖維膜過濾液體示意圖

3.3油水分離

靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜具有比表面積大、孔隙結(jié)構(gòu)可控及表面潤(rùn)濕性可調(diào)節(jié)的特性，在油水分離領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，常規(guī)的油水分離納米纖維膜主要包括超親水-疏油納米纖維膜、超疏水-親油納米纖維膜、智能可控油水分離納米纖維膜。

圖5 油水分離納米纖維膜過濾示意圖

新興的柔性電子技術(shù)的出現(xiàn)正在滲透到人類日常生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括柔性觸覺傳感系統(tǒng)、人工電子皮膚、智能紡織品、可穿戴健康監(jiān)測(cè)、可植入裝置等。靜電紡絲納米纖維可被用于不同電子器件，如導(dǎo)電元件、基材、強(qiáng)化成分，甚至是全纖維結(jié)構(gòu)。

受益于電紡纖維的不同結(jié)構(gòu)（例如，多孔、中空、芯殼、多通道和納米帶及其組合），為柔性電子器件提供了一系列特定的優(yōu)勢(shì)，包括靈活性、透明度、導(dǎo)電性、透氣性、自我修復(fù)能力和可清洗性，這些優(yōu)勢(shì)賦予器件高性能和某些突出的功能。基于電紡纖維的電子器件可作為不同的平臺(tái)，如拉伸電極、電阻式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、晶體管、納米發(fā)電機(jī)和植入式設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)一系列的人類身體健康信息。