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技术帖 | 99%的人还在做静电纺丝时,他们已经开始研究这个了……

发表时间:2019/4/11

静电纺丝是利用高压静电将聚合物溶液拉伸细化,最终获得超细纤维的加工方法。在静电纺丝技术问世和发展的这80余年间,相关的工艺与设备已经取得了长足的进步,静电纺丝纳米材料在组织工程、载药、医用敷料等领域得到广泛应用。但是普通静电纺丝方法构筑的纳米网络结构通常由一维纳米纤维材料作为构筑单元组装而成,但该构筑单元普遍存在连续性差的问题,导致其聚集体材料面临结构难以精确调控、固有纳米特性难以保持等局限性,严重限制了材料应用性能的大幅提升。



近年来,二维纳米网络结构材料由于可以弥补一维纳米网络结构材料的缺陷,材料的缺陷、增强材料的功能性,在环境防护、电子器件、生物工程等领域应用前景广阔。针对这种现象,东华大学纺织学院俞建勇院士及丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在高分子材料成形加工领域取得了重要进展,提出了一种高分子网状纤维材料的新型加工技术——“静电喷网”。




研究团队通过优化溶液本体特性,控制泰勒锥尖端荷电流体喷射模式,获得了高压电场中均匀悬浮分布的荷电液滴簇,进而通过调控收集器耦合诱导微电场的分布状态,实现了荷电液滴的形变/相变/自组装的精确调控,获得了纤维直径10~40nm的二维纳米网络结构材料(纳米蛛网),并成功实现了蛛网制备原料种类的有效拓展,目前已成功制备了PVDF、PAN、Carbon、TiO2等多种有机/无机纳米蛛网材料。




二维纳米网络结构不仅赋予了材料孔径小(200~300nm)、比表面积大(30~70m2g-1)、孔隙率高(99.25%)等纳米特性,同时显著增强了材料的选择润湿性、机械性能以及透光性能,所得纳米蛛网材料在空气过滤、液体分离、生物防护等领域均体现出优异的应用潜力。其中,超薄PVDF纳米蛛网高透光材料(透光性>95%)可有效过滤空气中超细颗粒物PM 0.3,过滤效率达99.86%。PAN纳米蛛网材料因具有超亲水且快速渗透特性,与常规液体过滤材料相比,在具有相同过滤效率(99.92%)时,渗透通量提高了一个数量级。此外,经碳化或煅烧处理后获得的碳基与TiO2基纳米蛛网材料,也分别展现出优异的导电性能与生物防护特性。



各类纳米蛛网材料的性能展示


该工作不仅提出了一种新型的电流体动力加工技术,制备出了高性能、多功能的二维纳米网络结构材料,也为下一代先端纳米纤维材料的设计与开发提供了指导与借鉴。研究以Direct Electronetting of High-Performance Membranes Based on Self-Assembled 2D Nanoarchitectured Networks为题发表于 Nature Communications上。

(来源:纺织导报官微)