静电纺丝技术及其应用PPT课件
静电纺丝技术
静电纺丝技术静电纺丝技术是利用高压静电作用使聚合物溶液或熔体带电并发生形变，在喷头末端处形成悬垂的锥状液滴，当液滴表面静电斥力大于其表面张力时，液滴表面就会喷射出高速飞行的射流，并在较短的时间内经电场力拉伸、溶剂挥发、聚合物固化形成纤维。
所获得的静电纺纤维直径小、比表面积大，同时纤维膜还具有孔径小、孔隙率高、孔道连通性好等优势，在过滤、传感、医疗卫生以及自清洁等领域具有广泛的应用。
1静电纺丝的起源与发展静电纺丝起源于200多年前人们对静电雾化过程的研究。
1745年，Bose通过对毛细管末端的水表面施加高电势，发现其表面将会有微细射流喷出，从而形成高度分散的气溶胶，并得出该现象是由液体表面的机械压力与电场力失衡所引起的。
1882年，Rayleigh指出当带电液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，就会在其表面形成微小的射流，并对该现象进行理论分析总结，得到射流形成的临界条件。
1902年，Cooley与Morton申请了第一个利用电荷对不同挥发性液体进行分散的专利。
随后Zeleny研究了毛细管端口处液体在高压静电作用下的分裂现象，通过观察总结出几种不同的射流形成模型，认为当液滴内压力与外界施加压力相等时，液滴将处于不稳定状态。
基于上述的基础研究，1929年，Hagiwara公开了一种以人造蚕丝胶体溶液为原料，通过高压静电制备人造蚕丝的专利。
1934年，Formhals设计了一种利用静电斥力来生产聚合物纤维的装置并申请了专利，该专利首次详细介绍了聚合物在高压电场作用下形成射流的原因，这被认为是静电纺丝技术制备纤维的开端。
从此，静电纺丝技术成为了一种制备超细纤维的有效可行方法。
1966年，Simons发明了一种生产静电纺纤维的装置，获得了具有不同堆积形态的纤维膜。
20世纪60年代，Taylor在研究电场力诱导液滴分裂的过程中发现，随着电压升高，带电液体会在毛细管末端逐渐形成一个半球形状的悬垂液滴，当液滴表面电荷斥力与聚合物溶液表面张力达到平衡时，带电液滴会变成圆锥形；当电荷斥力超过表面张力时，就会从圆锥形聚合物液滴表面喷射出液体射流。
静电纺丝的原理及应用
静电纺丝的原理及应用静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。
在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。
这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
原理将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。
当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。
在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。
装置静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。
其中，高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。
纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。
影响因素静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如黏度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。
溶液黏度对纤维性能的影响同轴静电纺丝同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来，其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液，二者在喷头末端汇合，在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。
同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷，所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。
采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。
应用静电纺丝技术制备的纳米纤维，具有比表面积大、孔隙率高、尺寸容易控制、表面易功能化（如表面涂覆、表面改性）等特点，在许多领域都有重要的应用价值。
静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域已发挥了非常重要的作用，应用静电纺丝技术已经成功的制备出了结构多样的纳米纤维材料。
静电纺丝法制备纳米材料 ppt课件
静电纺丝的应用——高效过滤材料
纳米纤维复合制品具有高孔隙率、高表面能和高比表面积的性能，可大大提高 过滤效率，且由于纳米纤维的直径小、纤维膜轻薄，降低过滤阻力。作为空气过 滤材料，可在制药、实验室、医院、食品、化学及化妆品工业中使用。
将聚偏氟乙烯（PVDF）静电纺丝纳米纤维薄膜应用在固液分离领域，证明了 其去除颗粒的适用性。经过表征发现，PVDF静电纺丝纤维薄膜与传统的微滤膜 具有相似的性质。这种膜被用于分离1μm、5μm、10μm的聚苯乙烯颗粒。实验 结果表明此纤维膜能除去溶液中90%的微米颗粒。
ＧＩＶＥ ＭＥ ＦＩＶＥ ＧＩＶＥ ＭＥ ＦＩＶＥ
ＧＩＶＥ ＭＥ ＦＩＶＥ
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
静电纺丝技术的发展历史
1934年 Formhals
1966年 Simons
1971年 Baumgarten
1981年 Larrondo 和Manley
首次在专利 中提出该技 术。他设计 了一套聚合 物溶液在强 电场下的喷 射进行纺丝 的加工装置。
静电纺丝的应用——电池和电极材料
以锂离子电池为例，静电纺能很好的改变其性能。 将PAN的静电纺丝和惰性气体下的热处理巧妙的结合起来，制备出高纯的碳纳 米纤维网络结构，由于其优良的物理和化学性质，这种碳纳米纤维能够很好的改 善锂离子电池（LiB）的电容率。因此，此碳纳米纤维是高功率LiB的理想阳极材料。
直流高压电在电纺过程中通常采用感应充电的方式， 即将直流高压电直接接在喷丝头上，接收装置接地或反之。 电压极性对纺丝过程影响不大，实验室多采用高压正电纺 丝。
交流电电纺可显著提高射流鞭动的稳定性，纤维变 粗但有序性增加，同时也可在绝缘的接收装置上有较大的 接收面积。但在纺丝过程中交流电频率不易调整（要考虑 每次的实验条件：温湿度、溶液性质等）。
静电纺丝技术 ppt课件
纳米纤维
定义：美国国家科学基金会(NSF)定义纳米纤维为至少在一 维空间尺度上小于100 nm 的纤维。无纺布工业一般认为直 径小于1 μm 的纤维就是纳米纤维。
特点：在微观上表现为纳米结构，具有纳米材料具有的一切 特性；而在宏观上表现为网毡结构，可以在重力作用下自然 沉降而分离。
静电纺丝技术
ACS Appl. Mater. Interfaces 2011, 3, 369–377
mesoporous TiO2 nanofibers, solid TiO2 nanofibers, and P25 under different irradiation time. (b) Results of reusability experiments for photocatalytic H2 generation using the present three 静ph电o纺to丝c技a术talysts. (c) Schematic illustration of mesoporous fibers with enhanced photocatalytic activities.
静电纺丝技术
静电纺丝技术
总结：
1.利用静电纺丝技术合成了具有超长结构的纳米纤维。 2.引入发泡剂，得到了具有均一的介孔结构的纳米纤维 ，并证明了其普适性。
静电纺丝技术
Fig.5 Average H2 evolution rates of the as-fabricated mesoporous TiO2 fibers, solid TiO2 fibers and P25.
静电纺丝技术
parison of the related work for photocatalytic H2 production
静电纺丝的原理及应用
静电纺丝的原理及应用静电纺丝就是高分子流体静电雾化的特殊形式，此时雾化分裂出的物质不是微小液滴，而是聚合物微小射流，可以运行相当长的距离，最终固化成纤维。
静电纺丝是一种特殊的纤维制造工艺，聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝。
在电场作用下，针头处的液滴会由球形变为圆锥形（即“泰勒锥”），并从圆锥尖端延展得到纤维细丝。
这种方式可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
原理将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。
当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。
在细流喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。
装置静电纺丝的装置主要由推进泵、注射器、高压电源以及接收装置组成。
其中，高压电源的正极与负极分别与注射器针头和接收装置相连，而接收装置的形式也是多样化的，可以是静止的平面、高速转动的滚筒或者圆盘。
纺丝的参数设置、环境条件等对纺丝过程的影响至关重要。
影响因素静电纺丝法制备纳米纤维的影响因素很多，这些因素可分为溶液性质，如黏度、弹性、电导率和表面张力；控制变量，如毛细管中的静电压、毛细管口的电势和毛细管口与收集器之间的距离；环境参数，如溶液温度、纺丝环境中的空气湿度和温度、气流速度等。
溶液黏度对纤维性能的影响同轴静电纺丝同轴静电纺是在静电纺的基础上改造而来，其基本原理是在两个内径不同但同轴的毛细管中分别注入芯质和壳质溶液，二者在喷头末端汇合，在电场力的作用下固化成为复合纳米纤维。
同轴静电纺丝解决了纺丝时纺丝液必须是均一体系的缺陷，所制备的同轴纤维在均匀性、连续性上都优于其它方法得到的纤维。
采用同轴静电纺丝的方法可以制得中空纤维和纳米复合纤维等。
应用静电纺丝技术制备的纳米纤维，具有比表面积大、孔隙率高、尺寸容易控制、表面易功能化（如表面涂覆、表面改性）等特点，在许多领域都有重要的应用价值。
静电纺丝技术在构筑一维纳米结构材料领域已发挥了非常重要的作用，应用静电纺丝技术已经成功的制备出了结构多样的纳米纤维材料。
静电纺丝法
静电纺丝法引言静电纺丝法是一种常用的纺丝技术，通过利用静电相互作用将高分子溶液纺丝成纤维。
由于其制备工艺简单、能够制备出细纤维且具有较好的物理性能，因此在纺织、材料科学等领域得到了广泛的应用。
原理静电纺丝法的主要原理是利用静电相互作用将高分子溶液或熔融物纺丝成纤维。
其过程可以分为三个阶段：1. 液滴形成阶段高分子溶液通过喷嘴喷出后，由于表面张力的作用会形成液滴。
液滴的大小和形状可以通过控制喷嘴直径和溶液流量来调节。
2. 液滴伸长阶段在液滴形成后，作用于液滴表面的静电力会使得液滴开始伸长。
静电力与表面电荷的分布有关，通常通过在液滴处加高电压来调节。
3. 纤维凝固阶段在液滴伸长过程中，由于溶剂的挥发或者高分子的凝固，获取稳定的纤维。
这可以通过调节溶液的成分和环境条件来实现。
工艺参数的调节在静电纺丝过程中，有许多工艺参数可以调节，以获得所需的纤维性能和形态。
1. 电压电压是影响纤维形貌和尺寸的重要参数。
通常，随着电压的增加，纤维的直径会减小。
但是过高的电压可能会引起喷嘴堵塞或纤维断裂。
2. 喷嘴与收集器之间的距离喷嘴与收集器之间的距离也会影响纤维的形貌和尺寸。
一般来说，距离增加会导致纤维变细，但同时也会增加纤维的飘动和断裂的风险。
3. 溶液浓度和流量溶液浓度和流量的变化会影响纤维的形态。
浓度过高会导致纤维变粗，而过低则会导致纤维断裂。
4. 环境条件环境条件，如湿度和温度也会对纤维形态产生影响。
例如，较高的湿度会使纤维形成过程中的溶剂挥发速度减慢，而较低的湿度则相反。
应用领域静电纺丝法在纺织工业、材料科学和生物医学等领域得到了广泛应用。
1. 纺织工业静电纺丝法可以制备出细纤维，这些纤维具有较大的比表面积和良好的透气性，因此在纺织品中可以用于制备高性能过滤材料、细纤维布料等。
2. 材料科学静电纺丝法可以制备出纳米级的纤维膜。
这种膜具有良好的孔隙结构和表面活性，被广泛应用于电池、传感器、分离膜等领域。
3. 生物医学静电纺丝法可以制备出生物可吸收的纤维，这对于组织工程和药物缓释有重要意义。
静电纺丝_最终版讲解
1882年 Rayleigh
1915年 Zeleny
1964年 Taylor
研究了到底需 要多少电荷才 能克服液滴的 表面张力使液 滴劈裂的问题， 提出了 “Rayleigh” 极限数值
得出表面张力越 高的液体出现弯 曲不稳定现象时 需要的电压就越 高。
他认为，液体 在电场力的作 用下只受到两 个力，“电场 力和表面张 力”，并提出 了“泰勒锥”。
2）同轴针头 同轴电纺的一个优点在于可以突破单头体系的限制，将一些难以直接电 纺的聚合物通过同轴电纺装置制备纳米纤维。另一个优势是通过将核层选择性 移除，还可以制备中空纳米纤维结构。
3）并列式针头 并列式针头体系是一 种结构简单却易于实现功能 化纳米纤维制备的喷丝头体 系。它将不同的聚合物溶液 通过紧密靠在一起的并列式 针头同时进行射流激发，在 电纺过程中平行射流融合， 得到多根纤维互相连接的束 状单根纤维，因此特别适合 制备双组份聚合物纤维。
喷丝头
喷丝头的作用就是在纺丝过程中产生纺丝小液滴，提供射流激发位点。 一般分为无针头和针头两种不同的喷丝体系，其中针头体系根据针头数量和 形式的不同，还可以进一步分为单头、同轴、并列、多头等不同的形式。
1、无针头体系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激发位点。
2、针头体系。 1）单针头 单针头最常见，根据需要可选择不同型号的针头。
熔体静电纺丝具有溶液静电纺丝无法比拟的优点： 1、不需要有机溶剂，成本低、生产效率高； 2、适用于一些室温下没有合适溶剂的聚合物，如PP、PE等； 3、对熔体电纺建模，有助于更加深入了解电纺机理； 4、如能与现有的熔喷装置相结合，则有很强的工业化应用前景。 同时也存在一定的问题： 1、聚合物熔体粘度高、导电性差，需要较高的电场强度，易发生电场击穿的危险。 2、制备的纤维多在微米级别； 3、装置复杂，需附加高温加热装置，易和高压装置发生静电干扰。
静电纺丝技术的创新和应用
静电纺丝技术的创新和应用随着科技的不断进步和人类对生活品质的不断追求，纺织行业也在不断创新和发展。
静电纺丝技术就是其中的一种创新性技术。
它通过利用电场作用，将高分子溶液或熔融高分子挤出成细丝，然后经过拉伸与固化处理，形成了呈现出良好力学性能的超细纤维。
这种技术被广泛应用于环保材料、医疗卫生、纺织品等领域。
一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是一种运用电场作用的技术。
在电子学用户视中，这是一种电纺技术。
电场作为一种力，常用于分离和聚集极性物质。
在静电纺丝技术中，液体高分子材料被通过注射泵加到电极板上，然后通过高压的电极药液被喷射成气雾，当果冻状的气雾出现时，它们进入到了电场中，在电场的作用下，材料的细丝从气雾中形成，再被传输到收集器上。
静电纺丝技术主要包括三个步骤：高分子材料的加工和处理、材料的喷射和拉伸，最后是收集和凝固。
在最后一步集束凝固的过程中，液态的高分子溶液或熔融高分子会快速地固化成为超细纤维。
这些超细纤维具有高比表面积、高孔径、高强度和优异的其他性能。
二、静电纺丝技术的应用领域目前静电纺丝技术的应用领域越来越广泛，它的应用不仅在环保材料领域，还包括了医疗卫生和纺织品领域。
1、环保材料领域静电纺丝技术在环保材料领域的应用主要是以高性能纳米材料的形式得以应用。
如在空气过滤、催化、光催化、光伏领域获得广泛使用。
比如研究显示，利用静电纺丝技术制备的纤维材料能够广泛应用于油水分离、水处理、除甲醛、去污等环保专业领域。
2、医疗卫生领域静电纺丝技术在医疗卫生领域的应用也取得了很大的成功。
如-型石代替口腔补骨材料的研究；多金属离子掺杂聚碳酸酯半导体的研究与应用；静电纺丝技术制备的生物材料在人工器官等方面的应用，都取得了很大的突破。
3、纺织品领域静电纺丝技术在纺织品领域的应用主要在于制备纳米纤维材料。
这种材料在保暖、舒适和环保等方面的性能都非常优异。
当然，在运动服、旅游用品、户外用品、维修材料等多个领域，用静电纺丝技术制备的产品，也得到了广泛的应用。
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静电纺丝的应用——电池和电极材料
以锂离子电池为例，静电纺能很好的改变其性能。 将PAN的静电纺丝和惰性气体下的热处理巧妙的结合起来，制备出高纯的碳纳 米纤维网络结构，由于其优良的物理和化学性质，这种碳纳米纤维能够很好的改 善锂离子电池（LiB）的电容率。
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静电纺丝法制备纳米材料
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目录
静电纺丝的历史 静电纺丝的设备和原理 静电纺丝的影响因素和特点 静电纺丝的应用
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静电纺丝技术的发展历史
1934年 Formhals
1966年 Simons
1971年 Baumgarten
1981年
Larrondo 和Manley
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静电纺丝的应用——化学及生物传感器
由静电纺丝得到的纳米级纤维制备化学传感器因为具有超高的比表面积、 快速的反应时间、良好的灵敏度和选择性等优点备受关注。纳米化学传感器在环 境污染物检测、工业反应检测、食品安全监督、药物成分分析等方面有广泛的应 用。
用静电纺丝法制备PANI纳米纤维，并将纤维沉积在Au电极上，制备成NH3 传感器。纳米纤维传感器可以在几分钟内完成NH3的检测过程。
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3）并列式针头
并列式针头体系是 一种结构简单却易于 实现功能化纳米纤维 制备的喷丝头体系。 它将不同的聚合物溶 液通过紧密靠在一起 的并列式针头同时进 行射流激发，在电纺 过程中平行射流融合， 得到多根纤维互相连 接的束状单根纤维， 因此特别适合制备双 组份聚合物纤维。
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静电纺丝技术的研究与应用
静电纺丝技术的研究与应用静电纺丝技术，是一种利用高压电场将聚合物或其他材料溶液产生电致流的现象，使得材料单体或聚合物纤维形成的非织造材料，以纳米或亚微米级别的直径进行重复性制造的技术。
静电纺丝技术在生物医学、环境保护、纺织材料、能源储存、催化反应、光催化、电子设备、感应器等领域被广泛应用，并且在动物囊肿、创面治疗、血管修复、药物缓释和仿生组织等方面具有广阔的前景。
静电纺丝技术的基本原理静电纺丝技术的基本原理是将聚合物或其他材料溶液放置于电极上，并通过高电场强度形成电致流，在纤维直径1-3个数量级范围内形成连续、均匀的聚合物纤维。
通过适当地选择溶液的成分、分子量、电解质、pH值等参数，可以调整纤维的形态、大小和形状。
这种技术的优点在于可以制造直径非常细的纤维，不仅可以制造纳米级别的纤维，还可以制造亚微米级别的纤维，并且可以制造出高比表面积、高孔隙率、高表面活性的纤维材料。
静电纺丝技术的影响因素静电纺丝技术的影响因素非常多，其中包括材料的性质和电场参数。
在考虑溶液中聚合物的浓度、含水量及电解质的种类和浓度时，需要注意水分和电解质的存在会降低聚合物纤维的稳定性，从而影响其纤维质量。
电场参数则包括电场强度、电极形状、间距、电位和电场频率等。
当电场强度超过一个门槛值时，就会出现材料纤维化现象和连续的喷射模式。
调整电极间距可以改变材料的纤维形态和直径。
应用交流电场会产生圆锥形的纤维，而应用直流电场则会产生条带形式的纤维。
静电纺丝技术在生物医学领域的应用静电纺丝技术在生物医学领域的应用主要包括动物囊肿、血管修复、创面治疗和仿生组织等方面。
可以制造出超细纤维材料，其直径可能小于5微米，从而可以模拟天然组织血管壁和细胞外基质。
利用这些超细纤维可以培养出各种类型的细胞，例如心脏细胞、骨细胞和肝细胞等。
同时，利用这些细胞可以进行药物缓释试验，制备各种类型的三维支架用于辅助细胞生长。
静电纺丝技术在环保领域的应用静电纺丝技术在环保领域的应用主要是制备吸附材料。
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2020/1/16
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高压静电纺丝的基本过程
静电纺丝的过程可以简单的描述如下：首先在喷丝口处溶液被拉出表面，沿 着直线运动，当运动到一定位置，进入非稳定阶段，开始成螺旋摆动运动，同时 喷射流被进一步拉伸细化。
1、喷射流初始运动阶段
2、喷射流摆动非稳定阶段
在电场力的作用下，喷丝口处的溶液表面布满阳离子或分子中的缺电子部
• 泰勒锥：随着电场力的增加，液滴逐渐被拉长，当所
施加的电场力的数值与液滴的表面张力相等时，液滴就 形成了顶角为49.3°的圆锥，被命名为“泰勒锥”。
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电喷技术原理的研究历史
1882年 Rayleigh
1915年 Zeleny
1964年 Taylor
研究了到底需 要多少电荷才 能克服液滴的 表面张力使液 滴劈裂的问题， 提出了 “Rayleigh” 极限数值
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2、针头体系。 1）单针头 单针头最常见，根据需要可选择不同型号的针头。
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2）同轴针头 同轴电纺的一个优点在于可以突破单头体系的限制，将一些难以直接电纺 的聚合物通过同轴电纺装置制备纳米纤维。另一个优势是通过将核层选择性移 除，还可以制备中空纳米纤维结构。
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3）并列式针头
并列式针头体系是一种 结构简单却易于实现功能化 纳米纤维制备的喷丝头体系。 它将不同的聚合物溶液通过 紧密靠在一起的并列式针头 同时进行射流激发，在电纺 过程中平行射流融合，得到 多根纤维互相连接的束状单 根纤维，因此特别适合制备 双组份聚合物纤维。
首次在专 利中提出 该技术。 他设计了 一套聚合 物溶液在 强电场下 的喷射进 行纺丝的 加工装置。
专利中叙述 了用静电纺 丝技术制备 超细超轻无 纺布的装置， 且发现粘度 高时，纤维 连续，粘度 低时，纤维 短且细。
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3）并列式针头
并列式针头体系是一 种结构简单却易于实现功能 化纳米纤维制备的喷丝头体 系。它将不同的聚合物溶液 通过紧密靠在一起的并列式 针头同时进行射流激发，在 电纺过程中平行射流融合， 得到多根纤维互相连接的束 状单根纤维，因此特别适合 制备双组份聚合物纤维。
并列式针头
4）多针头 在并列式针头装置的基础上，
交流电电纺可显著提高射流鞭动的稳定性，纤维变 粗但有序性增加，同时也可在绝缘的接收装置上有较大的 接收面积。但在纺丝过程中交流电频率不易调整（要考虑 每次的实验条件：温湿度、溶液性质等）。
喷丝头
喷丝头的作用就是在纺丝过程中产生纺丝小液滴，提供射流激发位点。 一般分为无针头和针头两种不同的喷丝体系，其中针头体系根据针头数量和 形式的不同，还可以进一步分为单头、同轴、并列电，电源的两 极分别连接在喷丝头和接收装置。根据电源性质的不同， 可分为直流和交流高压电源两种，都可用于静电纺丝。
直流高压电在电纺过程中通常采用感应充电的方式， 即将直流高压电直接接在喷丝头上，接收装置接地或反之。 电压极性对纺丝过程影响不大，实验室多采用高压正电纺 丝。
进一步增大针头间的距离就发展为 多可针头体系，针头数量从2个到 十几个不等，也称为平行电纺。
多针头纺丝体系
接收装置
接收装置用于收集电纺纤维，常规接受装置主要包括平板、滚筒、间隔收 集装置、转盘、金属丝鼓、凝固浴等；根据电纺丝过程中喷丝头及接收装置之间 是否存在相对运动，又可分为静态接收和动态接收两种接收方式。
1、无针头体系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激发位点。
2、针头体系。 1）单针头 单针头最常见，根据需要可选择不同型号的针头。
2）同轴针头 同轴电纺的一个优点在于可以突破单头体系的限制，将一些难以直接电 纺的聚合物通过同轴电纺装置制备纳米纤维。另一个优势是通过将核层选择性 移除，还可以制备中空纳米纤维结构。
静电纺织技术
静电纺织技术
静电纺织技术，也被称为静电纺丝技术，是一种特殊的纤维制造工艺。
这项技术利用高分子流体（如聚合物溶液或熔体）在强电场中的雾化过程，产生聚合物微小射流，并运行相当长的距离后固化成纤维。
在静电纺丝过程中，当外部静电场施加到导电流体上时，会在导电流体表面形成悬浮锥形液滴。
液滴的表面张力与电场相平衡。
当电场强度足够克服液体的表面张力时，就会发生静电雾化。
液滴会变得不稳定，并从液滴表面射出微小射流，形成纤维细丝。
这些纤维可以收集起来形成薄膜或膜。
基本的静电纺丝设备会产生将从针或喷嘴尖端挤出的聚合物溶液或熔体导向相对的收集电极的电场。
通过这种方式，可以生产出纳米级直径的聚合物细丝。
静电纺丝技术在纺织领域有多种应用，例如制造高分子纤维、制造生物材料和药物释放载体、制造过滤材料等。
此外，静电纺织技术还可以用于制造柔性电池、传感器、自修复材料等新型功能材料。
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静电纺丝的应用——生物及医药
纳米纤维可用于人造血管、药物输送和组织工程等材料中。纳 米纤维材料作为载药体系可以避免药物突释效应，还可以有效地防止 药物在人体内的降解或者失活；能够从结构和功能两个方面模仿天然 基质是一个理想的组织工程支架。
精选
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静电纺丝的应用——高效过滤材料
静电纺丝法制备纳米材料
精选
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静电纺丝的历史 静电纺丝的设备和原理 静电纺丝的影响因素和特点 静电纺丝的应用
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静电纺丝技术的发展历史
1934年 Formhals
1966年 Simons
1971年 Baumgarten
1981年
Larrondo 和Manley
1995年 R eneker
Taylor（泰勒）锥：溶液处于储液管中,在溶液与管壁的 粘附力、本身的粘度和表面张力的作用下形成悬挂在管口 的液滴,在电场力的作用下液滴表面布满了电荷,电荷之间 的库仑斥力与液滴表面张力相反,随着电场力的增加，液 滴逐渐被拉长，当所施加的电场力的数值与液滴的表面张 力相等时，液滴就形成了顶角为49.3°的圆锥，被命名为 “泰勒锥”。
静电纺丝的应用——电池和电极材料
以锂离子电池为例，静电纺能很好的改变其性能。 将PAN的静电纺丝和惰性气体下的热处理巧妙的结合起来，制备出高纯的碳纳 米纤维网络结构，由于其优良的物理和化学性质，这种碳纳米纤维能够很好的改 善锂离子电池（LiB）的电容率。
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用同轴静电纺丝法制备出复合纳米纤维，然后将纺出的纤维浸在正辛烷中， 以除去纤维中的油，之后将其在Ar/H2氛围中1000℃煅烧5h，最终得到包含有Sn 和碳的中空碳纳米纤维，这种复合物在0.5C循环200次后展现出高达737mAh/g 的可逆电容。作为电池材料具有很好的稳定性和可重复性。此外，这种含有Sn和 碳的中空碳纳米纤维结构中有很高的Sn含量（接近70wt%），提供了很好的孔 隙率，也避免了Sn纳米颗粒的破碎。
1）单针头 单针头最常见，根据需要可选择不同型号的针头。
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2）同轴针头
同轴电纺的一个优点在于可以突破单头体系的限制，将一 些难以直接电纺的聚合物通过同轴电纺装置制备纳米纤维。 另一个优势是通过将核层选择性移除，还可以制备中空纳 米纤维结构。
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3）并列式针头
并列式针头体系是 一种结构简单却易于 实现功能化纳米纤维 制备的喷丝头体系。 它将不同的聚合物溶 液通过紧密靠在一起 的并列式针头同时进 行射流激发，在电纺 过程中平行射流融合， 得到多根纤维互相连 接的束状单根纤维， 因此特别适合制备双 组份聚合物纤维。
喷丝头
喷丝头的作用就是在纺丝过程中产生纺丝小液滴，提供射流激 发位点。一般分为无针头和针头两种不同的喷丝体系，其中针头体 系根据针头数量和形式的不同，还可以进一步分为单头、同轴、并 列、多头等不同的形式。
1、无针头体系。核心思想就是在自由聚合物溶液表面形成大量射流激发位点。
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2、针头体系
静电纺丝的特点
控制纤维取向
1. 收集器的形状 2. 收集器的运动 3. 外加磁场
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在平行圆环上加上与 静电纺丝相同的电荷， 限制了经典纺丝的 “鞭动”，使得静电 纺丝呈现有序性。
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静电纺丝的特点
控制纤维结构
空心CFO纤维
CFO芯 PZT 壳纤维
PZT芯CFO 壳纤维
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静电纺丝的应用——化学及生物传感器
由静电纺丝得到的纳米级纤维制备化学传感器因为具有超高的比表面积、 快速的反应时间、良好的灵敏度和选择性等优点备受关注。纳米化学传感器在环 境污染物检测、工业反应检测、食品安全监督、药物成分分析等方面有广泛的应 用。
用静电纺丝法制备PANI纳米纤维，并将纤维沉积在Au电极上，制备成NH3 传感器。纳米纤维传感器可以在几分钟内完成NH3的检测过程。
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利用高压静电纺丝作为生物敏感元件，优点在于纺丝材料良好的生物相容性， 可以通过各种方式将纺丝纤维与生物大分子进行组装，并且达到特异性被测物的 目的。由于高的比表面积，足够的生物大分子可以吸附在纺丝表面，并且与被测 物达到充分接触、反应，最终实现高灵敏度检测的目的。
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并列式针头
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4）多针头
在并列式针头装置的基础 上，进一步增大针头间的 距离就发展为多可针头体 系，针头数量从2个到十 几个不等，也称为平行电 纺。
多针头纺丝精体选 系
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静电纺丝的特点
控制纤维直径 1.溶液浓度 (离子和聚合物) 2.电场强度 3.接受距离
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首次在专利 中提出该技 术。他设计 了一套聚合 物溶液在强 电场下的喷 射进行纺丝 的加工装置。
专利中叙述 了用静电纺 丝技术制备 超细超轻无 纺布的装置， 且发现粘度 高时，纤维 直径在0.051.1微米的丙烯 酸纤维。考察 了纤维直径与 溶液黏度、射 流长度及环境 气体组分之间 的关系。
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基本设备
静电纺丝的基本设备包括：高压电源、推进装置、电纺溶液 和收集装置组成。通过调整溶液浓度、溶液粘度、电场场度 和接收距离等工艺参数，可制备直径范围在50nm-5um的聚合 物及功能陶瓷纤维。通过采用不同的收集装置,可以得到在 一定尺寸范围内取向平行的纤维阵列。
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将聚乙烯和 聚丙烯熔体 纺成连续的 纤维，研究 发现，直径 取决于电场， 操作温度和 熔融体粘度， 与喷丝嘴直 径无明显关 系。
对静电纺丝 进行研究， 探讨了静电 纺丝过程的 不稳定性， 静电纺丝迅 速发展
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静电纺丝的原理
将装有聚合物浓溶液或熔体的注射器的导电金属针尖与高电 压发生器的正极相连，采用接地的金属平板作为接收装置。在针尖 上加高压静电，悬浮的带电液滴在电场力的作用下被拉伸形成一种 泰勒(Taylor)锥。当电场力达到可以克服聚合物液滴的表面张力时， 聚合物液滴表面开始形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发或 固化，以无纺布的形式沉积在收集板上。