用于研发的静电纺丝设备NF-500介绍

在高压电场的作用下，聚合物溶液或熔体表面被极化产生电荷，形成与表面张力相反的静电斥力。当电场强度突破临界值，聚合物液滴呈现圆锥体形状，即“Taylor锥”。当纺丝电压足以克服聚合物液滴的表面张力时，Taylor锥的底部形成细小的射流，射流在沿直线运动一小段距离后进行剧烈的螺旋摆动，伴随着溶剂的挥发，射流固化沉积到接收装置的表面，形成纳米级的聚合物纤维。

图1 静电纺丝设备示意图

人体中的许多组织损伤后不能再生，如果创伤严重，患者必须通过器官替代或移植来恢复功能。静电纺丝纳米纤维由于其良好的生物相容性、可控的机械性能和类似天然细胞外基质的特点，被认为是优秀的组织工程材料。目前，电纺纳米纤维已经在皮肤、血管、心脏、神经、骨组织等组织工程领域得到了研究及应用。

静电纺丝技术制成的纳米纤维敷料具有以下优点：

（1）能够模拟皮肤细胞外基质的自然结构，使得纳米纤维敷料对伤口轮廓具有良好的适应性，更好地保护伤口。

（2）静电纺丝技术可用于将酶、生长因子、抗生素或抗氧化剂等多种药物负载于纳米纤维的内部或表面，通过调节其纤维的力学参数，从而影响细胞生长和组织再生，最终调节伤口愈合过程。

（3）纳米纤维敷料因其高孔隙率而具有良好的透气性和可调节的润湿性，可以实现防水、透湿等特殊功能，为伤口愈合创造更好的环境。

（4）纳米纤维敷料比表面积大，具有强的吸水性（吸水率可达17.9%～21.3%）与高效的止血效果。

3.1 空气净化

由于电纺纳米纤维薄膜具有直径小、比表面积大、孔隙率高以及孔径分布可控等特点，目前已有学者成功制备多种纤维膜并将其用作空气过滤介质，如聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA 6）、聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）等。在传统熔喷布上附着一层纳米纤维制成的复合材料具有高效低阻的优点，能有效提高过滤效率；静电纺丝工艺也可以制备可降解或可以重复使用的新型口罩；抗菌杀菌也是纳米纤维基空气过滤材料的重要应用领域。

3.2 液体过滤

液体过滤在工业、农业、医疗等领域有着举足轻重的地位，与传统的分离技术相比膜分离技术具有高效低耗等特点，其中最为常用的方法有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）以及正渗透（FO）。静电纺丝作为新型制膜技术，所制备的纤维膜具有孔径小、孔隙率高且孔径可调等特点，使其在液体过滤中具有较高的过滤效率和渗透通量。

图4 纳米纤维膜过滤液体示意图

3.3油水分离

静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有比表面积大、孔隙结构可控及表面润湿性可调节的特性，在油水分离领域具有广阔的应用前景。目前，常规的油水分离纳米纤维膜主要包括超亲水-疏油纳米纤维膜、超疏水-亲油纳米纤维膜、智能可控油水分离纳米纤维膜。

图5 油水分离纳米纤维膜过滤示意图

新兴的柔性电子技术的出现正在渗透到人类日常生活的各个领域，包括柔性触觉传感系统、人工电子皮肤、智能纺织品、可穿戴健康监测、可植入装置等。静电纺丝纳米纤维可被用于不同电子器件，如导电元件、基材、强化成分，甚至是全纤维结构。

受益于电纺纤维的不同结构（例如，多孔、中空、芯壳、多通道和纳米带及其组合），为柔性电子器件提供了一系列特定的优势，包括灵活性、透明度、导电性、透气性、自我修复能力和可清洗性，这些优势赋予器件高性能和某些突出的功能。基于电纺纤维的电子器件可作为不同的平台，如拉伸电极、电阻式传感器、电容式传感器、压电式传感器、晶体管、纳米发电机和植入式设备，用于监测一系列的人类身体健康信息。