靜電紡絲纖維
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
靜電紡絲纖維的實例教程
操作人員需要密切關注掃描過程，確保掃描區(qū)域覆蓋感興趣的纖維結構部分，并且信號采集穩(wěn)定。
4、數(shù)據(jù)處理與mapping圖生成
掃描完成后，采集到的數(shù)據(jù)需要進行處理。通過專門的分析軟件，對原始數(shù)據(jù)進行校正、降噪等處理，以提高數(shù)據(jù)的準確性和清晰度。然后，根據(jù)不同元素的特征X射線信號強度，軟件將其轉化為顏色或灰度信息，最終生成掃描電鏡mapping圖。在圖中，不同元素會以不同的顏色或亮度顯示，從而直觀地呈現(xiàn)出樣品表面的元素分布情況。
掃描電鏡mapping圖在不同靜電紡絲纖維結構以及纖維直徑觀察的應用實例
CEM3000系列臺式掃描電鏡
掃描電鏡mapping圖以其直觀、準確的元素分布分析能力，在靜電紡絲纖維結構觀察以及眾多其他領域的研究中展現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。隨著科技的不斷進步，掃描電鏡技術也在持續(xù)發(fā)展。未來，掃描電鏡有望在分辨率、分析速度和多功能集成等方面取得更大突破。更高的分辨率將使我們能夠觀察到更細微的纖維結構和元素分布細節(jié)；更快的分析速度將大大提高研究效率；而多功能集成則可能將掃描電鏡與其他分析技術相結合，為我們提供更全面、深入的材料微觀信息。這不僅將進一步推動科學研究的發(fā)展，也將為材料研發(fā)、生物醫(yī)學、環(huán)境保護等眾多領域帶來更多的創(chuàng)新機遇和便利，幫助我們更好地理解微觀世界，解決實際問題。
展開 并且，有大量研究通過調整紡絲溶液或者后處理方法制備超疏水納米纖維復合膜，從而進一步提高膜材料在膜蒸餾過程中的穩(wěn)定性。另外，該綜述還討論了改性納米纖維膜對重金屬的吸附回收及其殺菌作用。
【總結與展望】
本文總結了納米纖維膜在膜法水處理方向的最新研究進展,包括納米纖維膜制備的主要影響因素、納米纖維膜的后處理改性方法以及納米纖維膜在膜法水處理方面的應用及其存在的問題。雖然納米纖維膜針對水處理過程的研發(fā)工作已經取得了令人矚目的進展，但仍然具有廣闊的進步空間。作者提出了靜電紡絲納米纖維膜仍需改善的幾個方面：（1）超細納米纖維的制備。靜電紡絲所制備的納米纖維尺寸通常在100納米至1微米之間。而由這些尺寸的納米纖維重疊覆蓋而成的納米纖維膜孔徑通常在微濾范圍內。為了進一步縮小膜孔徑、提高納米纖維膜的截留效果、有效支撐復合膜皮層，有必要研究如何通過靜電紡絲得到直徑低于100納米的超細纖維。（2）增強復合膜皮層與納米纖維膜基體的結合力。由于納米纖維膜的高表面粗糙度及高表面孔隙率，納米纖維基體與表面皮層的結合作用及其在長期使用過程中的穩(wěn)定性還需進一步研究及優(yōu)化。（3）納米纖維膜的膜污染問題。同樣由于納米纖維膜的高表面粗糙度及高孔隙率，污染物容易停留在納米纖維膜的表面及內部，難以清洗。如何通過選擇基體材料、調整膜孔徑、及有效的后處理方法減輕膜污染仍需更深入的系統(tǒng)研究。（4）靜電紡絲可用于制備得到多種功能化納米結構，例如中空納米纖維、取向納米纖維等。而如何在工業(yè)上大規(guī)模生產這些功能納米纖維尚需從業(yè)人員的努力。
本稿由南洋理工大學王蓉教授研究團隊撰寫。
展開 日前，南京工業(yè)大學膜科學技術研究所孫世鵬教授團隊研發(fā)出一種新型耐溶劑納米纖維復合膜。實驗室基于高壓溶液靜電紡絲法制備支撐層，①通過化學交聯(lián)法在聚合物鏈間形成穩(wěn)定的交聯(lián)結構以及在極性溶劑中的化學穩(wěn)定性；②通過采用靜電紡絲納米纖維基膜，利用其孔隙率高，孔道彎曲率低的特點降低基膜傳質阻力，且納米纖維膜相對于傳統(tǒng)非對稱基膜而言具有非常良好的機械強度。
圖1. (a) 傳統(tǒng)非溶劑致相分離法制備的納濾膜致密皮層有較高的傳質阻力，(b) 高壓靜電紡絲法制備的高通量復合膜為低彎曲率的貫通孔結構，降低了基膜傳質阻力。水合肼交聯(lián)法提高了聚丙烯腈材料在極性溶劑中的穩(wěn)定性。
通過高壓溶液靜電紡絲法直接在接收器上堆積的納米纖維較為疏松，可以在高溫高壓下對其進行后處理以降低表面粗糙度。在水合肼溶液中進行化學交聯(lián)制備出有良好耐溶劑性能的改性PAN基膜，再通過界面聚合法制備得到聚酰胺選擇層。在特殊膜結構的作用下，交聯(lián)PAN納米纖維基膜的機械強度要強于傳統(tǒng)相轉化PAN膜20倍，且由于其低膜阻的特點提高了交聯(lián)劑在膜內的傳質分散，提高了對膜主體交聯(lián)的均勻性，提高了聚丙烯腈基膜在極性溶劑中的穩(wěn)定性。
圖2. (a) 兩種交聯(lián)膜的物理外觀對比說明納米纖維膜在水合肼溶液中交聯(lián)程度更高,(b)兩種交聯(lián)膜的機械強度對比，(c) 高壓電場的誘導作用提高了PAN鏈段在纖維中的取向性， 使其具有了較高的機械強度。
在截留率相同的前提下，納米纖維復合膜的純水通量達到自制非對稱復合膜的9倍，顯示出納米纖維膜低膜阻的特性。納米纖維復合膜在溶劑體系中也具有良好性能，在不犧牲截留率的前提下，該膜在甲醇中能達到10LMH/BAR的通量，性能優(yōu)于相似條件下的多數(shù)文獻值。且在二甲基亞砜(DMSO)中運行約50小時仍然能夠保持較好的穩(wěn)定性，這表明納米纖維膜在有機溶劑體系中具有良好的應用前景。
展開 加州理工學院化學與化學工程系Giapis教授組利用無針靜電紡絲技術，通過將電解質磷酸二氫銫（CDP）與聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚乙烯醇（PVA）聚合物溶液混合，并加入少量以DMF為溶劑的聚苯胺（PANI）溶液來增加樣品的電導率。在靜電紡絲后高溫熱處理納米纖維樣品，成功制得了可用于固體酸性燃料電池（SAFCs）的納米纖維電極。
在靜電紡絲過程中，DMF較低的蒸汽壓導致其不易揮發(fā)。磷酸二氫銫（CDP）由于不溶于DMF，在靜電紡絲末期易形成過飽和狀態(tài)，會在PVP或PVA納米纖維內部及表面成核結晶“長出”納米顆粒。同機械壓制磷酸二氫銫（CDP）粉末生產的陰極相比，該納米纖維電極在每個電流密度下都具有更高的電池電壓，其原因是納米纖維電極表面積（21m2/g）相比于傳統(tǒng)陰極表面積（2.4m2/g）更大，約為9倍。同時因為PVP和PVA在氧化還原反應中沒有活性，所以需要通過300℃高溫熱處理去除。在該實驗中，PVP與PVA不同的熱解性質導致了PVP基納米纖維相比于PVA基納米纖維具有更好的電化學性能。該方法維持了納米顆粒的分散狀態(tài)，為在納米纖維表面附著納米顆粒提供了新的思路。
該研究成果近期發(fā)表于《Nature Communications》上。
圖文速遞
圖1.靜電紡絲過程的示意圖。納米顆粒修飾的納米纖維由透明聚合物溶液一步制成，溶液中含有溶解的磷酸二氫銫（CDP）和聚合物。在浸入溶液中的旋轉電極上會形成多個泰勒錐。在收集電極上吹熱空氣，使得靜電紡絲能夠在低聚合物濃度下進行。具有CDP納米顆粒的纖維會大面積地沉積到收集電極上。
圖2.橫截面掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。該圖顯示了靜電紡絲磷酸二氫銫（CDP）-聚乙烯吡咯烷酮（PVP）-聚苯胺（PANI）纖維，在纖維內和表面有CDP顆粒。a.
展開 靜電紡絲技術不僅操作簡單，而且對纖維的直徑、形態(tài)和性質的控制效果好。但是，簡單的單軸靜電紡絲在構建特定結構方面存在局限性，并且難以在低分子量或無糾纏的聚合物溶液中形成纖維。然而，目前很少有研究通過不同噴嘴結構的靜電紡絲來構建獨特的結構，從而提高復合材料的導熱性能。靜電紡絲技術因其在構建連續(xù)納米纖維方面的獨特優(yōu)勢而受到廣泛關注。
02
成果掠影
近期，桂林理工大學陸紹榮教授和中科院寧波材料與工程技術研究所虞錦洪研究員近期在開發(fā)高熱導率的熱管理材料取得新進展。
提出采用單軸靜電紡絲和同軸靜電紡絲的方法，制備了不同微觀形貌的單軸聚乙烯醇/納米金剛石片(U-PVA/ND)和同軸聚乙烯醇/納米金剛石片(C-PVA/ND)復合纖維薄膜。這兩種方法都不需要復雜的預處理程序和引入多余的添加劑。結果表明，ND含量為60 wt %的U-PVA/ND和C-PVA/ND復合纖維的導熱系數(shù)分別為71.3和85.3 W/(mK)，分別是純PVA纖維膜的171.2和205.1倍。此外，C-PVA/ND復合纖維膜的最高熱分解溫度和體積電阻率分別為364.3℃和2.29 × 1015 Ω·cm，表明復合纖維膜具有良好的熱穩(wěn)定性和電絕緣性。實驗結果為靜電紡絲技術制備高導熱復合材料提供了有力的證據(jù)。因此，導熱薄膜可以作為電子元件的外層，加速其散熱，延長其使用壽命。
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CEM3000系列臺式掃描電鏡
掃描電鏡mapping圖以其直觀、準確的元素分布分析能力，在靜電紡絲纖維結構觀察以及眾多其他領域的研究中展現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。
然而，目前的靜電紡絲纖維仍然存在一些關鍵的限制，包括孔徑不夠小(通常>2μm)、孔隙度不夠等因素極大地限制了材料的使用。因此，創(chuàng)造一種可行的和通用的策略來開發(fā)既有效的空氣絕緣又具有動態(tài)耐磨性的保溫材料面臨巨大的挑戰(zhàn)。
02
成果掠影
近期，東華大學丁彬教授和張世超研究員團隊針對開發(fā)具有優(yōu)異保溫性能的氣凝膠納米纖維膜取得最新進展。
03
圖文導讀
圖1.靜電紡絲復合纖維流程圖：(a)單軸靜電紡絲和(b)同軸靜電紡絲。
圖2.金剛石的微觀形貌和結構表征。
圖3.不同ND含量條件下復合纖維的形貌。
將紡絲流體，用紡絲泵（或稱計量泵）連續(xù)、定量而均勻地從噴絲頭或噴絲板的毛細孔中擠出而成液態(tài)細流，再在空氣、水或凝固浴中固化成絲條的過程稱為紡絲或纖維成形。
剛紡成的絲條稱為初生纖維。紡絲是化學纖維生產過程中的關鍵工序，改變紡絲的工藝條件，可在較大范圍內調節(jié)纖維的結構，從而相應地改變所得纖維的物理機械性能。
按成纖高聚物的性質不同，化學纖維的紡絲方法主要有熔體紡絲法和熔液紡絲法兩大類
在“高分子材料加工成型與先進制造技術”領域面向國家重大需求，開展了精密注塑成型裝備、直壓全電磁感應加熱精密定型硫化技術、聚合物熔體微分靜電紡絲納米纖維綠色制造技術、聚合物熔體微積分層疊復合成型、3D打印與3D復印技術等研究，創(chuàng)造了顯著的經濟效益和社會效益。
與商業(yè)聚烯烴隔膜相比，靜電紡絲形成的納米纖維膜孔隙率高且分布均勻，與DOL單體溶液具有更好的親和力，有利于提高離子電導率。DOL前驅體溶液被牢固地吸收在多孔膜中，從而很好地膨脹PVDF-HFP鏈。聚合后無有機液體殘留的GPE保證了電池足夠的安全性。
所謂靜電紡絲，是在靜電場作用下，從極細（微米級）的毛細管噴出聚合物熔體（或溶液），生產出亞微米級聚合物纖維的一種加工工藝，是目前最常用的無紡布的生產方法。
在這個過程中，電荷從電極通過聚合物分子的極化以及電解質電離等方式進入流體，形成電流體。在外加電場作用下，流體將受到電場力、內部慣性力、粘性力，而且由于是相當小的直徑，所以表面張力也是不可忽視的力。通過分析這些力，我們會發(fā)現(xiàn)毛細管的管口處的帶電液滴在電場力作用下掙脫表面張力發(fā)生變形
通過對靜電紡絲得到的原生纖維進行溶液浸泡后處理可以改變纖維的表面形貌，使原來光滑的纖維表面產生納米級多孔結構，從而達到增加其表面積的目的。
圖1 不同溶劑處理30分鐘的回收PET纖維的SEM圖像。
柔性多功能光-電傳感材料的TENG性能
如圖4，由于絕緣的靜電紡絲熒光纖維膜具有較強的摩擦電正性和良好柔韌性，MXene/CNT協(xié)同導電網絡表現(xiàn)出優(yōu)異的電子傳輸能力，這使得雙電極模式的摩擦納米發(fā)電機（TENG）展示出優(yōu)異的摩擦電輸出性能，包括開路電壓（VOC=540 V）、短路電流（ISC=42 μA）、短路電荷（QSC=317 nC）和較高的能量功率密度（7.42
研究者進一步地將GMDE制備為薄膜材料和靜電紡絲纖維，發(fā)現(xiàn)相比于同系列的其他糖酯衍生物，具有明顯的促進內皮細胞粘附的優(yōu)勢。有趣的是，研究者同時對比成骨細胞、上皮細胞、成纖維細胞、及平滑肌細胞，它們在GMDE材料表面的粘附程度都遠低于內皮細胞，證明了GMDE選擇性支持內皮細胞粘附的能力。
圖2.
