静电纺丝纤维制备及其增韧效果研究(4)

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在不同的静电纺丝体系中，纺丝距离对电纺纤维直径的影响不同。Megelski等发现，纺丝距离较小时，容易得到含串珠状的电纺纤维。Yordem 等实验发现增大纺丝距离会减小纤维直径。

1.1.2.5 添加剂

电纺溶液中加入无机盐或表面活性剂等（如天然高分子、离子型化合物、缔合型聚合物和超支化型聚合物等），能够改变一种或多种的溶液性质，比如表面张力、黏度、和电导率。

Chitral 等研究了NaCl在氧化聚乙烯(PEO)/水混合物静电纺丝过程中的影响。在5wt% PEO/水混合物中添加不同剂量的NaCl，通过改变其导电性而进行纺丝，结果显示，溶液电导率的不断增大，使纺丝射流的喷射速率先变大而后减小。同时，纤维的平均直径会随着溶液导电性的增加而逐渐降低，显示出幂率关系。这些现象表明NaCl的加入影响了纺丝射流的表面电荷分布和切向电场沿表面流体的变化。

1.1.3 静电纺丝纤维的收集方法

静电纺丝是制备纳米纤维的一种简单高效的方法，目前已经出现了多种的收集装置来控制纳米纤维在空间的排布方式。具体方法包括：可塑式收集极、分离式收集极、滚筒式(旋转式)收集极、薄碟式收集极、双收集极、外场式收集极、复合式收集极、框架式收集极、漩涡收集极、水槽式收集极、点式收集极等。可以将这些方法分为两类：一是通过机械力场的拉伸作用，它能迫使纤维沿着某一特定的方向排列；二是外加电场的电场力作用，它可以改变纺丝射流的运动，从而控制在空间的分布，得到可控的几何分布形貌。

最经典的收集极为一块金属板（图1.2(a)）。最常用的收集极是旋转式收集装置（图1.2(b)），它是利用旋转装置对喷射细流的牵引作用来控制纤维的空间排列方式。Katta等人则将普通金属板替换成为高速旋转的铜转鼓而作为接收装置，这使得在牵引电纺纤维的同时使纤维沿着其旋转方向缠绕，可得到高度取向的纳米纤维列阵。在滚筒法前提下，Theron等人发明了飞轮法（图1.2(c)），此方法使得纤维的取向程度有了更明显的提高。飞轮法使用边缘锋利的飞轮作为接收极，首先，锋利的边缘有利于有效集中电场，使电纺纤维吸附在飞轮边缘上；其次，当飞轮转速到达一定值时，纤维则会沿着边缘而绷紧，形成定向纤维。

不同的纤维收集装置

(a)平板型(b)滚筒型(c)碟片型

通过改变外加磁场、电场，或金属导体的空间分布来改变电场的空间分布，使带电的喷射细流在空间的飞行路径发生变化，进而控制纤维的排布方式。与控制机械力场的方法相比较，控制电场分布的方法可得到更加多种多样的纤维排列形态。Li等人使用两块金属平行板和负极相连作为接收装置从而来收集PVP纳米纤维，此方法中的金属板是放在绝缘基质上的，如图1.3。研究发现，不同的绝缘基质会使得纤维的取向效果相差很大，其中石英最优，其次是聚苯乙烯，用载玻片作绝缘基质得到的纤维几乎是无规的。

平行板电极法装置图

1.1.4 静电纺丝的应用

电纺纤维最突出的特点是直径很小，这些纤维所得的纤维毡是具有纳米微孔的多孔材料，有巨大的比表面积。用于静电纺丝的高聚物也多种多样，因此电纺纤维在实际中的应用领域非常广泛。

1.1.4.1 传感器

传感器在电子、生物、化学等领域应用广泛，是当前热门研究领域。由于传感器的灵敏度与传感器的传感膜的比表面积成正比，为了提高敏感度，制作纳米尺度的传感器是当前的研究趋势。与采用其它材料制作传感器相比，静电纺丝法操作简易、效果更显著。Wang等人将静电层吸附与静电纺丝法结合在一起制得了高灵敏度光学传感器。