兰州大学科技成果——用于静电纺丝技术的简易多孔喷丝头

合集下载

静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法

静电纺丝技术的原理与纳米纤维制备方法静电纺丝技术是一种常用于制备纳米纤维的方法，通过利用静电力将聚合物材料从液态转变为纤维状，具有较高的纤维直径可调性和良好的纤维组织结构控制能力。

本文将介绍静电纺丝技术的原理以及常用的纳米纤维制备方法。

一、静电纺丝技术的原理静电纺丝技术是利用静电力将高分子溶液或熔融物质直接纺丝成纤维的一种制备方法。

该技术基于静电现象，通过将高电压施加于过程中的高分子溶液或熔融物，使其电荷不平衡，形成电场分布。

当电场强度超过材料的电离场强度时，分子将逐渐变成带电的纳米尺寸细丝。

最后，带电的纤维在电场的作用下逐渐伸长并凝固成固态纤维。

静电纺丝技术的关键参数包括高电压、喷丝间距和收集距离。

高电压可以产生强大的静电力，促使溶液中的聚合物形成细丝。

喷丝间距决定了纤维形成的方式和纤维直径。

收集距离可以影响纤维凝固形态和纤维排列结构。

静电纺丝技术的原理简单而直观，适用于制备各种类型的纳米纤维材料，因此在纳米材料制备领域具有广泛的应用前景。

二、常用的纳米纤维制备方法1. 单向静电纺丝法单向静电纺丝法是静电纺丝技术中最基本、最常用的制备方法之一。

在该方法中，高电压施加于旋转的喷丝头和静置的收集器之间，通过控制高电压和喷丝间距，可以得到直径均匀、纤维排列有序的纳米纤维。

2. 多向静电纺丝法多向静电纺丝法在单向静电纺丝法的基础上进行了改进，通过使用多根喷丝头和多个收集器，使得纤维的纺织方向更加多样化。

这种方法可以制备出多孔的纳米纤维薄膜，应用于过滤、分离和组织工程等领域。

3. 旋转盘静电纺丝法旋转盘静电纺丝法是利用旋转盘上的多个喷丝孔，将高分子溶液均匀喷洒在盘面上，通过旋转盘和静电作用将纤维逐渐形成。

这种方法制备的纳米纤维表面光滑均匀，适用于电子器件、传感器和催化剂支撑材料等领域。

4. 共喷纺丝法共喷纺丝法是在静电纺丝过程中，将两种或多种不同的高分子溶液或熔融物质通过不同的喷丝孔同时喷射到收集器上。

兰州大学科技成果——一种新型的静电纺丝收集器

兰州大学科技成果——一种新型的静电纺丝收集器成果简介：
本技术包括储液器和收集器本体，其特征在于，所述收集器本体为一回转筒体，所述储液器和所述收集器本体均安置在绝缘体上，储液器的轴心线与收集器本体的轴心线重合，并使得储液器喷头伸进收集器本体的内部。

主要技术性能指标：
储液器的喷头必须在收集器内部，保证强静电场封闭在筒内，而且可以沿着收集器内壁沉积均匀的纳米纤维膜；储液器喷头放置在收集器的轴心线上，保证电场强度沿360度分布均匀。

优势与收益：
本专利所发明的收集器及配套装置的优点表现在以下几个方面：高速喷丝过程中，前驱物溶液的液滴将不会滴落在已纺的纳米纤维膜上，有利于提高生产效率；
不仅收集纳米纤维膜的空间得到了拓展；喷头与收集器之间的强电场被屏蔽在圆筒内，有效降低了高压所带来的安全隐患；
按照制作收集器的材料价格计算，每个200元，100个的材料成本为2万，如果每个每天的生产总额达到2万元，那么100个的生产总额为200万，减去纺丝材料的成本不到10万，所以净赚180万。

兰州大学科技成果——碳纤维负载金属多孔框架催化剂在石油加氢催化中的应用技术

兰州大学科技成果——碳纤维负载金属多孔框架催化剂在石油加氢催化中的应用技术
成果简介：
本项目创新性采用静电纺丝技术及热处理碳化技术将MOFs材料负载在一维多孔碳材料中，制备保留金属有机框架构型的碳纤维催化材料。

在制备过程中，通过调控MOFs材料特有的空间构型达到调控所制备的催化材料中金属组分空间构型及金属组分之间的协同作用，最终达到提高加氢催化材料性能的目的。

该项目的完成能够很好的解决困扰传统加氢催化材料中金属组分的分散性及协同作用调控这一大难题，有效提高加氢催化剂的活性、选择性，具有十分良好的应用前景。

技术特点：
将MOFs材料应用于加氢催化材料领域，突破原有材料的稳定性限制，制备具有稳定结构、耐温、耐压的加氢催化材料。

主要指标：
材料比表面积在80-120m2/g，加氢性能超过传统催化剂性能水平。

应用情况：
该项目目前正在中国石油兰州化工研究中心小试评价装置正在评价，测试表明前期制备的催化剂性能超过了目前市场使用的同类催化剂。

且所制备新催化剂的使用寿命长，抗积碳能力强。

该催化剂的研发对降低兰州地区石油催化剂的成本和提高脱硫和加氢效率具有一定的现实意义。

静电纺丝技术的工艺原理及应用

静电纺丝技术的工艺原理及应用静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。

这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。

由于纳米纤维具有许多特性，例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高，因而具有广泛的应用。

1、静电纺技术静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。

早在20世纪30年代，Formals A就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝，但是直到近些年，由于对纳米科技研究的迅速升温，激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。

1.1 静电纺技术的基本原理静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique)是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，从而得到纤维状物质的一种方法。

对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。

静电纺丝机的基本组成主要有3个部分：静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。

静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC／DC和AC／DC两种类型，实验中多用IX；／DC电源。

液体供给装置是一端带有毛细管的容器(如注射器)，其中盛有高分子溶液或熔体，将一金属线的一端伸进容器中，使液体与高压电发生器的正极相连。

纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板，可以是金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。

收集板用导线接地，作为负极，并与高压电源负极相连。

另外随着对实验要求的提高，液体流量控制系统也被渐渐的采用，这样可以将液体的流速控制得更准确。

电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。

由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。

电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩，均会直接产生一种与表面张力相反的力。

当电场强度增加时，毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形，称为Taylor锥。

进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从Taylor锥尖喷射出来。

静电纺丝法简便合成的碳纳米纤维——二氧化锰超级电容器电极材料

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ，Ｇａｎｓｕ７３００００）
法拉第准电容器，其理论模型是由Ｃｏｎｗａｙ首先
１关于超级电容器
提出Ｌ２］，即在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸脱附和氧化还原反应，产生与电极充电电位有关的电容．对于赝电容，其储存电荷的过
物理与工程
Ｖｏ１．２６Ｎｏ．５２０１６
静电纺丝法简便合成的碳纳米纤维
二氧化锰超级电容器电极材料的制备及研究
边达民韩盛张笑晨赵浩陈佳义周金元
（兰州大学物理科学与技术学院，甘肃兰州７３００００）决定其性能的最重要因素是摘要超级电容器是近几年迅速发展起来的一种新型储能元件，
ｏｐｅｄｒａｐｉｄｌｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．Ｉｎｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ，ｔｈｅｍｏｓｔｉｍ— ｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｉｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｒｅｐｏｒｔｅｄａｆａｃｉｌｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏ —

硅溶胶基质技术获甘肃科技奖填补了国内硅洁梭基质技术领域的空白

维普资讯
功能材料日本钟化公司研制成功的透明及耐候性良好的
新型材料，是以氯乙烯和丙烯酸酯接枝共聚而成的，
填补了国内硅糟黻基质技领
域的空白
在日前结束的甘肃省科技大会上，兰州石化公司承担的。硅溶胶基质技术及其高辛烷值ＦＣ催化Ｃ剂助剂的开发’ 目，获得甘肃省科技进步二等奖。项该项成果填补了国内硅溶胶基质技术领域的空白，
反应，在常温下也能固化。比原有产品成形周期缩
短三分之一。该液体乙烯一丙烯三元共聚物可替代液体硅橡胶，具有良好的耐热、耐寒，耐电器特性。作为性能良好的橡胶制品，可广泛用于汽车及其它
工业零部件。
溶胶的难题，ＦＣ催化剂硅溶胶基质的研发打下为Ｃ了坚实的技术基础。
及腐蚀品有良好的耐抗性能；可用做橡胶、塑料的脱模剂；可用于各种表面上，能密封各种电气部件及电子组件。适用温度范围一０６ ℃至＋６￣２０Ｃ．
推荐应用 ◆ 清洁及润滑锁孔、铁问轨道、窗门轨道、拉链、各类五金、工具、自行车链、门铰等． ◆ 松解生锈螺丝钉及金属零件，保护金属免受
２６
服务有机硅氟行业打造硅氟蚤易新天地
维普资讯
；
类型的裂化催化剂进行匹配；可以稳定提高汽油辛烷值和丙烯产率，为企业创造了良好的经济效益。
乙烯颗粒仍然能起到润滑作用，继续保护各个部件
不受磨损。不含氯氟化碳（ＣＣ）不伤塑料，无Ｆｓ，气味；适用于各工业部门的万能产品，快干，不含杂质，表面光滑。防油、防水及其它液体，对化学品
在多项技术创新的基础上，该院开发的硅溶胶

兰州大学科技成果——纯天然护发剂

兰州大学科技成果——纯天然护发剂本发明涉及一种纯天然护发剂，特别是用天然易得且无毒的产物经一定工艺制成的外用护发用品。

头皮由于经常暴露在空间而容易受到污染，特别容易受到粉尘、强光、不洁物体或其他不利因素的污染，再加上不良生活习惯等，头发很容易受到伤害而出现干燥、枯黄、开叉、断碎等改变，这些情况的出现，会给人们的身心健康造成负面的影响。

一头黑色、光亮的头发对人们的形象影响很大，因此，东方人追求满头黑发，成为提高生活质量的重要内容之一。

现在市面上虽然有很多护发产品，但绝大多数都是化学品配置而成的，虽然有洁发、护发等作用，但在长期的使用过程中，会对头发和头皮造成二次损害。

因此，人们期盼天然护发用品的出现，但是，事与愿违，市场上真正纯天然的护发用品几乎没有，或徒有虚名。

古时候妇女们具有一头乌黑秀发，除了使用天然洗发剂外，更重要的是使用这种天然护发剂的结果。

本品源于民间土方，具有百年以上的应用历史，作者从民间发掘整理，并潜心研究研制而成，是一种真正意义上的纯天然护发剂。

应用本品后具有乌发、柔发、润发、护发、防脱发、防开叉及防治头皮瘙痒等作用。

静电纺丝喷丝装置专利分析

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2021年第03期·49·文章编号：2095－6835（2021）03－0049－02静电纺丝喷丝装置专利分析陈威亚，杨眉＊（国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京100160）摘要：通过对静电纺丝喷丝装置的相关专利进行统计，从专利申请趋势、专利来源国/地区、国内外主要申请人以及针头式、无针头式静电纺喷丝设备专利技术进行分析，为研发主体明确静电纺丝喷丝装置专利布局情况提供参考。

关键词：静电纺丝；喷丝；专利；针头中图分类号：TQ340.64文献标志码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2021.03.0151引言静电纺丝技术中涉及的部件有静电纺丝喷丝装置、接收装置、供液装置、高压电源装置等，喷丝装置对由供液装置提供的溶液或熔体进行静电喷丝形成纳米纤维，最终由接收装置收集纳米纤维进而形成一张纳米纤维杂乱交叉排列或者纤维高度取向排列的纤维膜。

其中喷丝装置的结构对形成纳米纤维的直径、纳米纤维膜的均匀性等均有影响，因此，喷丝装置结构的改进对静电纺丝技术的发展起到了至关重要的作用。

2静电纺丝喷丝装置专利分析本文对静电纺丝喷丝装置的专利技术进行分析，国内和国外专利申请分别采用CNABS 和VEN 数据库进行检索；检索的截止日期为2020-06-13。

2.1申请趋势分析静电纺丝喷丝装置的专利申请最早始于1930年，是由FORMHALS 提出的多项关于静电纺丝针头式和无针头式的静电纺丝喷丝装置专利申请；在2003年之前（约21世纪之前），国内外的静电纺丝喷丝装置相关专利申请量非常少，年申请量不足10项，这是由于FORMHALS 和TAYLOR 等研究人员在早期对静电纺丝技术进行研究后，由于能够检测和表征亚微米尺寸纤维的设备和技术发展缓慢，导致静电纺丝技术在这个期间出现了停滞期，直到21世纪开始，该项技术又受到研究人员的关注[1]。

流体微分静电纺丝喷头设计的研究进展

流体微分静电纺丝喷头设计的研究进展肖桂花;李好义;李小虎;阎华;焦志伟;杨卫民【摘要】随着纳米技术的发展,作为可制备纳米级纤维的静电纺丝技术也受到越来越多的关注.由于传统毛细管喷头生产效率低,纳米级纤维产业化受到限制.为使纳米级纤维产业化,研究者从静电纺丝微分喷头结构出发,围绕一种能够自发形成密集射流的微分喷头结构进行了大量的研究.从直线式、曲线式、平面式、曲面式、立体式微分喷头结构5个方面对流体微分静电纺丝喷头设计的基本原理和研究进展进行综述,并与传统单点式静电纺喷头进行了比较,为进一步研制新型流体微分静电纺丝喷头和纳米级纤维产业化制造提供参考.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2014(035)012【总页数】6页(P153-158)【关键词】纳米纤维;产业化;密集射流;微分喷头【作者】肖桂花;李好义;李小虎;阎华;焦志伟;杨卫民【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029;北京化工大学机电工程学院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TS141静电纺丝是一种简单有效的纳米纤维制备技术，可分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝。

它们各有缺点，溶液静电纺丝高污染，低效率及纤维易出现孔洞等缺点使得其发展受到一定限制；而熔体静电纺丝需要加热，装置复杂，较溶液静电纺纤维直径粗[1-2]。

静电纺丝技术制备的纳米纤维应用前景广阔，尤其在空气过滤、污水处理、海水淡化、电子器件及生物组织工程等方面受到广泛关注[3]。

目前关于静电纺丝技术的研究大部分都是基于一个毛细管喷头的装置[4-5]，该装置产量低，易堵塞[6-7]。

为提高纺丝效率，很多科技工作者对静电纺丝喷头进行了改进，新型微分喷头成为学术界关注的焦点[8-9]。

微分喷头是一种能够在高压静电作用下自发形成密集射流的喷头装置。

静电纺丝法制备多孔材料

气泡-纳米杆组成的Fe2O3-C纳米线的制备流程图
Ref. Adv. Mater, 2017, 29, 1602300
Kirkendall effect
Fe2O3-C纳米线的制备流程图
Ref. Adv. Mater, 2017, 29, 1602300
Fe2O3直径约17 nm，壳厚约3 nm
比表面积：64 m2g-1 孔径：约3 nm
多孔CNT@Ni3S2复合物纳米线
ref Adv. Energy Mater.2012, 2, 1497.
吉林大学王策教授课题组
国内最早开展静电纺丝研究的学者之一，主要方研究方向是高压静电纺丝制备纳米纤维
武汉理工大学麦立强教授课题组
纳米线储能器件
•
•
•
Niu, C.; Meng, J.; Wang, X.; Han, C.; Yan, M.; Zhao, K.; Xu, X.; Ren, W.; Zhao, Y.; Xu, L.; Zhang, Q.; Zhao, D.; Mai, L., General synthesis of complex nanotubes by gradient electrospinning and controlled pyrolysis. Nat Commun 2015, 6, 7402. Rakhi, R. B.; Chen, W.; Cha, D.; Alshareef, H. N., Substrate dependent self-organization of mesoporous cobalt oxide nanowires with remarkable pseudocapacitance. Nano Lett 2012, 12 (5), 2559-67. Xu, R.; Wang, J.; Li, Q.; Sun, G.; Wang, E.; Li, S.; Gu, J.; Ju, M., Porous cobalt oxide (Co3O4) nanorods: Facile syntheses, optical property and application in lithium-ion batteries. Journal of Solid State Chemistry 2009, 182 (11), 3177-3182.

兰州大学科技成果——工业级云式除尘技术

兰州大学科技成果——工业级云式除尘技术
成果简介：
云式空气净化技术是王博教授团队历经5年研发的一项能高效收集细颗粒污染物的除尘技术。

该技术从大自然中获得灵感，模拟自然界的成云过程，构建过饱和水汽环境。

水汽以细颗粒物作为凝结核，使颗粒发生合并、团聚等微物理过程，并通过特殊设计的多转子旋流体技术实现细颗粒物的高效收集。

知识产权情况：
具有独立自主知识产权，已成功申请国家发明专利1项、实用新型专利4项。

技术特点：
云式空气净化技术具有耗水量少、净化精度高、无需滤料、无二次污染、运行成本低、维护费用低等优点。

应用领域：
通过与工业企业的精诚合作，该技术已在中石化催化剂厂、电厂、水泥厂等工业领域均取得了良好的除尘效果。

此外，云式空气净化技术团队目前正在争取该技术在家用空气净化器、家用新风系统、油烟净化等领域的新突破。

云式空气净化是新一代的空气净化利器，具有广泛的工业和民用产品市场需求，发展空间大，热忱欢迎有志人士与该技术的合作。