纳米纤维概述
生物医用纳米纤维材料的制备及应用
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生物医用纳米纤维材料的制备及应用一、生物医用纳米纤维材料概述生物医用纳米纤维材料是一种新型的生物医用材料,它具有独特的物理和化学性质,在生物医学领域具有广泛的应用前景。
纳米纤维材料的直径通常在1 - 1000纳米之间,其比表面积大、孔隙率高、机械性能良好等特点使其在生物医用方面表现出独特的优势。
1.1纳米纤维材料的分类生物医用纳米纤维材料可以根据其组成成分进行分类。
主要包括有机纳米纤维材料和无机纳米纤维材料。
有机纳米纤维材料如天然高分子纳米纤维材料(如纤维素纳米纤维、壳聚糖纳米纤维等)和合成高分子纳米纤维材料(如聚酯纳米纤维、聚酰胺纳米纤维等)。
无机纳米纤维材料包括金属氧化物纳米纤维(如二氧化钛纳米纤维、氧化锌纳米纤维等)和陶瓷纳米纤维(如羟基磷灰石纳米纤维等)。
1.2纳米纤维材料的特性(1)高比表面积:纳米纤维材料的直径很小,这使得其比表面积非常大。
高比表面积有利于细胞的附着和生长,同时也能增加材料与生物分子之间的相互作用。
(2)良好的孔隙率:纳米纤维材料具有较高的孔隙率,能够为细胞的生长和营养物质的传输提供良好的空间环境。
(3)可调节的机械性能:通过改变纳米纤维材料的组成和制备工艺,可以调节其机械性能,使其能够适应不同的生物医用需求。
(4)生物相容性:许多纳米纤维材料具有良好的生物相容性,能够与生物组织和细胞良好地相互作用,减少免疫反应和炎症反应。
二、生物医用纳米纤维材料的制备方法2.1静电纺丝法静电纺丝法是制备纳米纤维材料最常用的方法之一。
该方法基于静电作用,将聚合物溶液或熔体在高压电场下拉伸成纳米纤维。
静电纺丝法具有操作简单、可制备多种材料、纤维直径可控等优点。
(1)静电纺丝的基本原理:在静电纺丝过程中,聚合物溶液或熔体在喷头处形成液滴,当施加高压电场时,液滴表面的电荷聚集,产生静电斥力,使液滴克服表面张力形成泰勒锥,并进一步拉伸成纳米纤维。
(2)影响静电纺丝的因素:包括聚合物溶液的浓度、粘度、表面张力,电场强度、喷头到接收屏的距离等。
纳米纤维织物特点
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纳米纤维织物特点
纳米纤维织物是由纤维直径在100纳米以下的超微纤维组成的一
种新型织物材料。
相比传统织物,它具有以下特点:
1. 超强吸附能力:由于其纳米级的直径和高比表面积,它具有
显著的吸附能力,可以去除空气中的微粒、病毒和细菌等污染物质。
2. 高效过滤性能:纳米纤维织物孔径小,可过滤掉直径在0.1
微米以下的微粒和病毒等有害物质,具有高效的过滤性能。
3. 舒适度高:纳米纤维织物柔软轻盈,手感细腻,穿着舒适,
透气性好,不易产生静电,具有优异的防霾效果,被广泛应用于口罩
等防护用品的生产中。
4. 抗菌性能好:纳米纤维织物具有良好的抗菌性能,可抑制和
杀死一些病菌和细菌的繁殖,有效保障人身健康和卫生。
综上所述,纳米纤维织物是一种具有超强吸附能力、高效过滤性能、舒适度高和抗菌性能优秀的新型织物材料,具有广泛的应用前景。
纳米纤维概述
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纳米纤维概述1.纳米纤维的概念纳米纤维是指直径处在纳米尺度范围(1~100nm)内的纤维,根据其组成成分可分为聚合物纳米纤维、无机纳米纤维及有机/无机复合纳米纤维。
纳米纤维具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点,同时纳米纤维还具有纳米材料的一些特殊性质,如由量子尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的特殊的电学、磁学、光学性质[1]。
纳米纤维主要应用在分离和过滤、生物及医学治疗、电池材料、聚合物增强、电子和光学设备和酶及催化作用等方面。
2.纳米纤维的制备方法随着纳米纤维材料在各领域应用技术的不断发展,纳米纤维的制备技术也得到了进一步开发与创新。
到目前为止,纳米纤维的制备方法主要包括化学法、相分离法、自组装法和纺丝加工法等。
而纺丝加工法被认为是规模化制备高聚物纳米纤维最有前景的方法,主要包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法和激光拉伸法等。
2.1静电纺丝法静电纺丝法是近年来应用最多、发展最快的纳米纤维制备方法[2-4],其原理是聚合物溶液或熔体被加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力,随着电场力的增大,毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,即泰勒锥。
当外加静电压增大且超过某一临界值时,聚合物溶液所受电场力将克服其本身的表面张力和黏滞力而形成喷射细流,在喷射出后高聚物流体因溶剂挥发或熔体冷却固化而形成亚微米或纳米级的高聚物纤维,最后由接地的接收装置收集。
利用静电纺丝法可制备得到多种聚合物纳米纤维,而采用不同的装置可收集获得无序排列的纳米纤维毡或定向排列的纳米纤维束,也可制备空心结构、实心结构、芯--核结构的纳米纤维,满足其在不同领域的应用需要。
2.2双组份复合纺丝法双组份复合纺丝法制备超细纤维主要以海岛型和裂片型复合纤维为主[5-7],其原理是将两种聚合物经特殊设计的分配板和喷丝板纺丝,制备海岛型或裂片型的复合纤维。
光热纳米纤维
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光热纳米纤维
光热纳米纤维是一种新型材料,具有加速伤口愈合、抗菌、止血等多种生物活性特性。
它是由黑磷(BP)纳米片和血红蛋白(Hb)通过带电的季铵盐(QCS)和透明质酸,分层自组装到电纺聚乳酸(PLLA)纳米纤维上形成的。
光热纳米纤维可以将近红外辐射转化为热量,刺激Hb在原地释放氧气,同时,QCS是一种止血和广谱抗菌材料,可以提高细菌对QCS的敏感性。
此外,光热纳米纤维还具有优异的止血能力,可以通过激活血液中的内源性和外源性凝血途径来实现。
基于近红外辅助氧气输送的综合策略与生物聚合物生物活性相结合,光热纳米纤维不仅可用于制造多功能伤口敷料,在拓展生物医学工程领域方面也具有巨大潜力。
纳米纤维的应用
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纳米纤维的应用
纳米纤维是一种具有纳米级直径的纤维状材料,通常由聚合物、陶瓷或者碳等材料构成。
由于其极细小的直径和高比表面积,纳米纤维具有一系列独特的性质,包括高比表面积、良好的柔软性、高孔隙率等。
因此,在多个领域都有广泛的应用,包括但不限于以下几个方面:
1.纺织品:纳米纤维可以用于制备高性能的纺织品,如防水透气、抗菌防臭、抗紫外线等功能性纤维。
此外,纳米纤维也可以用于制备高强度、轻质的纤维材料,如防弹纤维等。
2.过滤材料:纳米纤维的高比表面积和细小的孔隙结构使其成为优秀的过滤材料。
它们可以用于制备高效的空气过滤器、水处理膜等,去除空气和水中的微粒、细菌等有害物质。
3.医疗用品:纳米纤维可以用于制备医疗用品,如口罩、医用敷料、人工血管等。
其柔软性和生物相容性使其适用于与人体接触的医疗器械,同时还具有抗菌、促进伤口愈合等功能。
4.纳米复合材料:纳米纤维可以与其他材料组合,制备出具有优异性能的纳米复合材料。
这些材料可以用于汽车零部件、航空航天材料、建筑材料等领域,提高材料的强度、硬度和耐磨性。
5.能量存储与转换:纳米纤维可以用于制备超级电容器、锂离子电池等能量存储与转换设备的电极材料。
其高比表面积和导电性能有助于提高设备的能量密度和充放电速度。
6.生物医学:纳米纤维可以用于制备组织工程支架、药物载体、细胞培养基质等生物医学材料。
其高孔隙率和生物相容性使其成为理想的生物医学材料,可用于组织修复和再生医学等领域。
总的来说,纳米纤维具有广泛的应用前景,在纺织品、过滤材料、医疗用品、纳米复合材料、能量存储与转换、生物医学等领域都有着重要的应用价值。
纳米纤维材料
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纳米纤维材料
纳米纤维材料是一种由纳米级纤维组成的特殊材料。
纳米纤维是在纳米尺度下制备的纤维,其直径通常在1到100纳米之间。
与传统的纤维相比,纳米纤维具有更大的比表面积和更好的力学性能。
纳米纤维材料具有广泛的应用前景。
首先,纳米纤维具有很高的比表面积,能够提高材料的吸附和催化性能。
这使得纳米纤维材料在环境保护和能源领域有着广泛的应用。
例如,纳米纤维材料可以用于制备高效的催化剂,用于水处理和废气处理;纳米纤维材料还可以用于制备高效的太阳能电池和储能器件,提高能源利用效率。
其次,纳米纤维材料具有优异的力学性能。
纳米纤维具有很高的拉伸强度和模量,并且可以在微米尺度下保持纳米级结构。
这使得纳米纤维材料在纺织、过滤和传感器等领域有着广泛的应用。
例如,纳米纤维材料可以用于制备高性能的纤维材料,用于制作高强度的绳索和防弹材料;纳米纤维材料还可以用于制备高效的过滤器和传感器,用于分离和检测微小颗粒。
此外,纳米纤维材料还具有其他一些特殊的性能。
例如,纳米纤维材料具有很高的透明度和热稳定性,可以用于制备透明电极和柔性显示器;纳米纤维材料还具有很高的吸湿性和导电性,可以用于湿度传感和柔性电子器件。
纳米纤维材料的制备方法也有很多种。
常见的方法包括静电纺丝、溶胶凝胶法和热拉伸法等。
这些方法都能够在纳米尺度下
制备纤维,并且可以通过调控工艺条件来控制纤维的直径和结构。
总之,纳米纤维材料具有广泛的应用前景和研究价值。
通过进一步研究和发展,纳米纤维材料有望在环境、能源、纺织、过滤和传感器等领域实现更多的应用和创新。
纳米纤维的应用
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纳米纤维的应用一、纳米纤维的概述纳米纤维是指直径在10-1000nm之间的纤维,它具有高比表面积、高强度、高韧性等特点。
纳米纤维材料是一种新型的功能材料,有着广泛的应用前景。
二、纳米纤维在环保领域的应用1. 空气过滤由于纳米纤维具有高比表面积和微孔结构,因此可以用于制造高效空气过滤器。
这种空气过滤器可以去除空气中的PM2.5和其他微小颗粒物质,净化空气。
2. 污水处理利用静电纺丝技术制备出的聚合物纳米纤维膜具有良好的分离性能和化学稳定性,可以用于污水处理领域。
这种膜可以有效地去除污水中的重金属离子和有机物质。
3. 垃圾焚烧将聚丙烯薄膜变成了聚丙烯基复合材料,并以此为原料制成了可降解垃圾袋。
这种垃圾袋不仅能够降解,而且能够在高温下分解为无害物质,不会对环境造成污染。
三、纳米纤维在医学领域的应用1. 组织工程纳米纤维可以制备出具有生物相容性和生物活性的支架,用于组织工程。
这种支架可以模拟人体内部环境,促进组织再生和修复。
2. 药物输送利用静电纺丝技术制备出的聚合物纳米纤维膜可以作为药物载体,将药物包裹在其中进行输送。
这种膜具有良好的生物相容性和可控性,可以实现精准输送。
3. 感应材料将纳米纤维与金属或其他材料结合,可以制备出具有感应功能的材料。
这种材料可以检测人体内部环境的变化,并及时发出警报。
四、纳米纤维在能源领域的应用1. 太阳能电池利用静电纺丝技术制备出的二氧化钛(TiO2)纳米线阵列可以作为太阳能电池的光敏材料。
这种材料具有高比表面积和优异的光电性能,可以大幅提高太阳能电池的转换效率。
2. 燃料电池将纳米纤维与贵金属结合,可以制备出具有高催化活性的催化剂。
这种催化剂可以用于燃料电池中,提高燃料电池的效率和稳定性。
五、纳米纤维在材料领域的应用1. 复合材料将纳米纤维与其他材料结合,可以制备出具有优异性能的复合材料。
这种复合材料具有高强度、高韧性、高导电性等特点,可以广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
纳米纤维技术揭示纳米纤维在化纤行业中的应用前景
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纳米纤维技术揭示纳米纤维在化纤行业中的应用前景近年来,纳米科技在各个领域中的应用逐渐扩展,其中纳米纤维技术作为一项具有巨大潜力的技术,引起了越来越多的关注。
在化纤行业中,纳米纤维技术的应用前景也备受期待。
本文将探讨纳米纤维技术在化纤行业中的应用前景,并分析其优势和挑战。
一、纳米纤维技术的概述纳米纤维技术是指利用纳米级尺寸的纤维材料进行制备和加工的技术。
其制备方法主要包括静电纺丝、模板法、薄膜法等。
由于纳米纤维具有比传统纤维更小的尺寸和更高的比表面积,具有较好的物理、化学性能和功能特性,因此在化纤行业中应用前景广阔。
二、纳米纤维在功能纤维制备中的应用功能纤维是指在传统纤维基础上,通过添加纳米纤维,赋予纤维新的功能和性能。
例如,加入纳米纤维可以提高纤维的抗菌性能、防紫外线性能等,使纤维具有更广阔的应用领域。
此外,纳米纤维还可以用于制备高强度、高韧性的纤维材料,提升材料的性能和品质。
三、纳米纤维在纺织品改性中的应用纳米纤维技术在纺织品改性中起到了重要的作用。
通过纳米纤维的添加,可以改变纤维的表面性质,使其具有更好的防水、防油、抗静电等性能。
同时,纳米纤维可以提供更多的功能性,例如抗菌性、防紫外线性能等,满足人们对纺织品的多样化需求。
四、纳米纤维在纤维增强复合材料中的应用纤维增强复合材料是一种由纤维和基质组成的复合材料,具有较高的强度和韧性。
纳米纤维作为增强材料的一种,可以加入到纤维增强复合材料中,提升复合材料的性能。
纳米纤维可以增加复合材料的界面粘合强度,改善材料的强度和抗冲击性能,使其在工程领域中得到广泛应用。
五、纳米纤维技术的挑战与展望虽然纳米纤维技术在化纤行业中具有广阔的应用前景,但也面临一些挑战。
首先,纳米纤维技术的制备方法还不够成熟,需要进一步改进和完善。
其次,纳米纤维的成本较高,限制了其在大规模应用中的推广。
此外,纳米纤维的安全性和环境影响等问题也需要重视和解决。
未来,我们可以加大对纳米纤维技术的研发投入,提升其制备效率和降低成本,进一步拓展其在化纤行业中的应用领域。
纳米纤维
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纳米纤维纳米纤维概念:严格意义上指纤维直径为纳米级别的超细纤维,广义上还包括将纳米颗粒填充到普通纤维中对其进行改性的纤维。
纳米纤维制造方法:拉伸法、模板合成、自组装、微相分离、静电纺丝等。
其中静电纺丝法有操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点,因而被广泛应用。
静电纺丝得到的电纺纤维具有直径小(几纳米至几微米)、比表面积高等特点。
过程是将具有一定粘度的高分子溶液或熔体置于带有金属毛细管喷头的装置中,在高压电场的作用下,处于喷口的液滴克服表面张力形成喷丝细流,在到达接收装置之前,细流不断分裂细化及溶剂挥发, 最后形成电纺纤维。
若液体在连续的推动供给下,可得到一定厚度的超细纤维膜。
实例:静电纺丝装置:纳米纤维特点:1、表面效应粒子尺寸越小,表面积越大,由于表面粒子缺少相邻原子的配位,因而表面能增大极不稳定,易与其他原子结合,显出较强的活性。
2、小尺寸效应当微粒的尺寸小到与光波的波长、传导电子的德布罗意波长和超导态的相干长度透射深度近似或更小时,其周期性的边界条件将被破坏,粒子的声、光、电磁、热力学性质将会改变,如熔点降低、分色变色、吸收紫外线、屏蔽电磁波等。
3、量子尺寸效应当粒子尺寸小到一定时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级,此时,原为导体的物质有可能变为绝缘体,反之,绝缘体有可能变为超导体。
4、宏观量子的阳隧道效应隧道效应是指微小粒子在一定情况下能穿过物体,就像里面有了隧道一样可以通过。
纳米纤维性质:纳米纤维具有极大的比表面积、横纵比(长度直径比)、曲率半径、极强的与其他物质的互相渗透力,纳米纤维织物结构精细,具有特征光泽和颜色,极高的孔隙度,极好的柔韧性、吸附性、过滤性、粘合性、保温性,这些显著的性质使得纳米纤维在很多重要领域具有巨大的应用前景。
纳米纤维制造:1、分子技术制备法目前报导较多的是单管或多管纳米碳管束的制备,其制备方法主要有3种:电弧放电法、激光烧蚀法和固定床催化裂解法。
纳米纤维素的结晶度
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纳米纤维素的结晶度纳米纤维素是一种具有高度结晶度的纤维素材料,具有许多独特的性质和广泛的应用领域。
结晶度是衡量纳米纤维素结构有序程度的重要指标,对其性能和用途有着重要影响。
本文将探讨纳米纤维素的结晶度以及与其相关的特性和应用。
一、纳米纤维素的结晶度概述纳米纤维素是由纤维素纤维组成的纳米级颗粒,其结晶度是指纳米纤维素中纤维素分子链在空间中排列的有序程度。
高结晶度的纳米纤维素具有较高的机械强度、热稳定性和化学稳定性,而低结晶度的纳米纤维素则更易溶解和降解。
1. 机械性能:高结晶度的纳米纤维素具有较高的强度和刚度,可以用于制备高性能纤维和复合材料。
低结晶度的纳米纤维素则具有较高的可变形性和可伸缩性,适用于柔性电子和可拉伸传感器等领域。
2. 热稳定性:高结晶度的纳米纤维素具有较高的热稳定性,能够在高温下保持其结构和性能。
这使得纳米纤维素可以应用于高温环境下的纳米电子器件和耐热纤维等领域。
3. 化学稳定性:高结晶度的纳米纤维素对化学品和溶剂的抵抗性更强,可以用于制备耐腐蚀纤维和高效过滤材料。
低结晶度的纳米纤维素则更易溶解和降解,有助于制备生物可降解的纤维素材料。
三、纳米纤维素结晶度的调控方法1. 纤维素来源:不同植物和微生物合成的纤维素具有不同的结晶度。
通过选择合适的纤维素来源可以调控纳米纤维素的结晶度。
2. 生长条件:纳米纤维素的生长条件,如温度、湿度和pH值等,对其结晶度有重要影响。
优化生长条件可以提高纳米纤维素的结晶度。
3. 添加剂:在纳米纤维素的生长过程中添加适当的添加剂,如纳米颗粒、聚合物和溶剂等,可以调控纳米纤维素的结晶度。
四、纳米纤维素结晶度的应用领域1. 纳米复合材料:利用高结晶度的纳米纤维素作为增强剂,可以制备出具有高强度和高刚度的复合材料,广泛应用于航空航天、汽车和建筑等领域。
2. 纳米电子器件:利用纳米纤维素的低结晶度和可变形性,可以制备出柔性电子器件,如柔性传感器、可弯曲显示屏等。
纳米纤维
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模板合成法
利用模板作为纤维成型的口模或者模板来制备纳 米纤维。目前能获得的模板如多孔膜,其孔的长径 比小,只能制备与模板的孔相当的纳米短纤维或者 一端与模相连的毛刷状结构,因此一般不能够制备 连续的纳米纤维。Martin等人用聚合物模板制备了 纳米纤维。Feng等以阳极多孔氧化铝膜作为模板把 PAN (Peroxyacetyl Nitrate)溶液挤出到凝固液中 得到了疏水性很好的纳米纤维。杨正龙等以阳极多 孔氧化铝膜为模板,制备了一系列一维结构材料及 其阵列体系,材料的结构和阵列方式可调。
纳米纤维的分类:
纳米纤维与传统的纤维材料一样,按 其来源来分类,有以下几种 天然纳米纤维 有机纳米纤维 金属纳米纤维 陶瓷纳米纤维等。 天然纤维中,直径在纳米尺度的代表是蜘 蛛丝。
纳米纤维的特点:
因为纳米纤维的直径在纳米级别范围之 内,所以其具有纳米材料的一般特点: 表面效应 小尺寸效应 量子尺寸效应 宏观量子的隧道效应
过滤效率随着纳米纤维的孔径减小而增加
生物及医学治疗
用各种蛋白质制备的纳米纤维为组织生长提供一个 良好的平台,成功的组织工程需要人们提供一个含 自然相似物的化学成份、形态、表面功能组织。纳 米纤维膜具有相互关联的三维多孔结构和较大的比 表面积,可提供理想的组织工程所需的自然细胞母 体所需要的结构。电纺纤维膜用于医疗方面的薄膜 可俘虏浮质而防止病菌侵入,并且具有良好的水气 运载功能,而其表面积大则为分散药品提供良好保 障。
纳米纤维的制备方法 在传统的合成纤维制备方法中分为两大类 :熔体纺丝和溶液纺丝法。在溶液法纺丝中, 根据凝固方式的不同,又分为干法纺丝和湿 法纺丝两种。 纳米纤维不能用传统的纺丝方法制备,但 有共同之处,也可以用熔体和溶液来制备。 近年来,人们已研究了一系列制备聚合物纳 米纤维的方法主要有来自下几种:纳米纤维的应用
(完整版)纳米纤维技术介绍
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纳米纤维技术介绍1.纳米纤维纳米纤维是指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料,纳米是一个长度单位,其符号为nm,为1毫米的百万分之一(l nm=1×10-6 mm)。
图1可以直观的比较人类头发(0.07-0.09 mm)与纳米纤维直径的差别。
图1 纳米纤维直径尺度示例2 纳米纤维的应用与优势纳米纤维在众多领域都有应用的优势,这些优势被近年来大量的学术论文报导,同时受到了产业界的重视,一些产品已经在市场上广泛的应用。
这些领域包括:空气过滤、液体过滤、能源/电池隔膜、生物医学、药物缓释控释、健康和个人防护、环境保护、吸声材料、食物和包装等等。
纳米纤维作为过滤材料的优势:纳米纤维在空气过滤和液体过滤材料领域已有市场化的产品,其进入中国市场的方式均为原装进口。
为确保技术壁垒相关企业虽在国内建立了全资子公司,但不设纳米纤维过滤材料生产线。
相关产品有唐纳森公司Torit® DCE®除尘器、燃汽轮机过滤器GDX™、汽车引擎过滤器PowerCore™,唐纳森公司宣称其产品具有无可替代的性能。
另有美国贺氏(H&V)公司FA6900NW、FA6901NW、FA6900NWFR系列空气过滤滤料,以及H&V公司一些型号不明的滤料也有使用纳米材料。
纳米纤维非织造材料对亚微米颗粒的过滤效率是常规的微米纤维非织造材料(无纺布)所无法比拟的。
这一特性决定了纳米纤维在空气中颗粒污染物的分离(电子工业、无菌室、室内环境净化、新风系统、工业高效除尘等)和液体中颗粒污染物的分离(燃油滤清器、水处理等)相关领域具有广阔的应用前景。
(1)纳米纤维直径小——孔隙尺寸小、过滤效率高过滤材料通常为纤维平面非织造材料(纤维无纺布),随着纤维直径的减小,单位面积内的纤维根数显著增加,纤维未搭接处形成的孔隙尺寸显著减小,过滤效率明显提升(如图2所示)。
对于常规过滤材料很难拦截的PM 2.5污染物有很高的拦截效率。
纳米纤维材料
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纳米纤维材料纳米纤维材料是一种具有纳米级直径的纤维材料,通常由聚合物、金属或陶瓷等材料构成。
由于其极小的尺寸和特殊的结构,纳米纤维材料具有许多独特的性能和应用前景,被广泛应用于纺织品、过滤材料、生物医学、能源储存等领域。
首先,纳米纤维材料在纺织品领域具有广阔的应用前景。
由于纳米纤维的直径通常在100纳米以下,远小于人类头发的直径,因此纳米纤维纺织品具有更高的比表面积和更细腻的纤维结构,使得纺织品具有更好的透气性、吸湿性和柔软性。
同时,纳米纤维材料还可以通过功能化处理赋予纺织品防水、防污、抗菌等特殊功能,满足人们对于高性能纺织品的需求。
其次,纳米纤维材料在过滤材料领域也具有重要的应用价值。
由于纳米纤维的直径远小于微米级颗粒,因此纳米纤维过滤材料具有更高的过滤效率和更低的压降。
纳米纤维材料还可以通过调控纤维直径和孔隙结构来实现对不同颗粒大小的选择性过滤,广泛应用于空气净化、水处理、医疗卫生等领域。
此外,纳米纤维材料在生物医学领域也有着重要的应用。
纳米纤维材料具有极高的比表面积和丰富的孔隙结构,可以用于载药、修复组织、细胞培养等方面。
纳米纤维材料还可以通过控制表面性质和形态来实现对细胞黏附、增殖和分化的调控,为组织工程和再生医学提供新的解决方案。
最后,纳米纤维材料在能源储存领域也展现出巨大潜力。
纳米纤维材料可以作为电极材料、电解质材料或者导电填料等,在超级电容器、锂离子电池、燃料电池等领域发挥重要作用。
由于其高比表面积和优异的电化学性能,纳米纤维材料被认为是下一代高性能能源材料的重要候选。
综上所述,纳米纤维材料具有广泛的应用前景和巨大的市场价值,是当前材料科学领域的研究热点之一。
随着纳米技术的不断发展和成熟,相信纳米纤维材料将会在更多领域展现出其独特的价值和潜力。
纳米纤维材料的制备和表征技术
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纳米纤维材料的制备和表征技术纳米纤维材料(nanofiber materials)具有超细纤维结构和巨大的比表面积,被广泛应用于过滤、吸附、传感、医疗、能源等领域。
制备和表征纳米纤维材料的技术是实现纳米纤维材料应用的基础,本文将介绍常见的纳米纤维材料制备技术和表征方法。
纳米纤维材料的制备技术有多种,其中最常见且成熟的方法是静电纺丝(electrospinning)技术。
静电纺丝是一种利用高压电场将聚合物溶液或熔体从尖端喷出,形成纳米级连续纤维的方法。
这种方法制备的纳米纤维具有连续性、纤维直径可调、制备工艺简单等优点。
静电纺丝制备纳米纤维的关键是选择合适的聚合物溶液、调整电场参数和纺丝条件。
此外,还有其他方法如喷雾旋转真空沉积法、力臂纺丝法等也可以用于制备纳米纤维材料。
制备纳米纤维材料后,需要进行其表征以评估其性能。
纳米纤维材料的表征通常包括形貌、微观结构、化学成分和物理性能等方面的分析。
形貌观察可以通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)来实现,这些显微镜能够提供纳米级别的分辨率。
SEM可以显示纳米纤维的表面形貌以及纤维间的空隙结构,而TEM可以提供关于纳米纤维内部结构的更详细信息。
除了形貌观察外,纳米纤维材料的微观结构和化学成分分析也是十分重要的表征内容。
X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)是常用的分析方法。
XRD可以确定纳米纤维材料的结晶性质,而FTIR可以确定纳米纤维材料中的化学成分和官能团。
此外,物理性能的表征对于纳米纤维材料的实际应用也非常重要。
纳米纤维材料的力学性能通常通过拉伸测试来评估,这需要使用纳米拉伸仪等设备。
纳米纤维材料的热性能可以通过热重分析(TGA)和差示扫描量热分析(DSC)来研究,这些方法可以测量纳米纤维材料在不同温度下的质量损失和热反应。
最后,纳米纤维材料的应用需要考虑材料的表面性质。
表面性质的表征主要包括表面形貌、表面能和表面化学组成等方面的研究。
纳米纤维(PVC)
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有自动注射阻聚剂的装置。
●粘釜及其防治方法:人工清釜(繁杂),使用优良的防粘釜剂。 ●成粒机理:反应动力学(三阶段),颗粒形态(要求生产直径为100~150
微米左右的多孔性颗粒状树脂、颗粒大小分布狭窄)。 ●体系黏度低,传热和温度容易控制,产品分子量及其分布 比较稳定; ●产品分子量比溶液聚合的高,杂质含量比乳液聚合少; ●后处理工序比乳液聚合和溶液聚合简单,生产成本也低, 粒状树脂可直接成型。 据统计,全世界80%的PVC树脂都是用悬浮聚合的方法生产 的,因此本课题采用悬浮聚合的方法。
1.石油的储量及油价是 PVC乙烯法的重要因素 2.三废的处理不当严重 污染环境
乳液聚合 本体聚合
其他方法
悬浮聚合
悬浮法聚氯乙烯生产
单体 :乙炔、乙烯 去离子水: pH 5~8.5、硅胶含量<0.2毫克/升
原料
分散剂(成粒剂): 主分散剂、辅助分散剂 引发剂: 反应温度(50~60oC)条件下半衰期约2h 链终止剂: 聚合级双酚A、叔丁基邻苯二酚、α-甲基苯乙烯等 链转移剂: 硫醇、巯基乙醇
+
总反应
2CH2
CH2
+
Cl2
1/2O2
H2O
PVC
方法一原料:电石、 煤炭、焦炭、电力
方法二原料:原油 、乙烯
综述
1.综合耗电约8250KWH/T 因此,供电与电价成为 其生产的关键所在 2.此方法可以较好改善生 产过程对环境的影响 20世纪90年代以来,由于全球 油价上涨、环境污染问题日益 恶化使乙烯供应受到限制,电 石法成为企业PVC生产的首选 工艺
•
目前的PVC地板,其仿木、仿石工艺几乎可以假乱真。立体浮雕 纹、手刮纹、拉丝等多种图案和纹路,拙朴厚重的颜色、温润 的脚感,几乎与近年来最流行的仿古木地板完全一样,营造出 或自然或复古的风格。
纳米纤维
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Nanofiber
Energy
Nanofibers are being applied to photovoltaics and batteries due primarily to increasing surface area of certain absorbent and catalytic materials. Battery separators and even electrodes are being developed from nanofiber materials. Nanofibers generated from ceramics and metals are being developed for capacitors and photovoltaics.
Nanofiber
Filtration
Filters are perhaps the most obvious use of nanofibers, where filter performance is based on producing the highest flow rate while trapping and retaining the finest particles without blocking the filter. Nanofibers have improved interception and inertial impaction efficiencies and result in slip flow at the fiber surface, resulting in better performance at a given pressure drop. Nanofibers are currently incorporated into commercial filters in air, liquid and automotive applications in both industrial and consumer markets by some of the largest filtration companies in the world.
纳米纤维技术了解纳米纤维对行业的影响
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纳米纤维技术了解纳米纤维对行业的影响纳米纤维技术是近年来飞速发展的一项重要技术,它的出现极大地改变了许多行业的面貌,带来了巨大的影响和潜力。
在本文中,我们将深入了解纳米纤维技术以及它对各个行业的影响。
一、纳米纤维技术的概述纳米纤维技术是指通过纳米级颗粒在制造过程中形成纳米级纤维的技术。
这种纳米级颗粒可以是各种材料,例如聚合物、金属、陶瓷等。
利用纳米纤维技术可以制备出具有不同性能和功能的纳米纤维材料,具有广泛的应用前景。
二、纳米纤维技术在纺织行业的影响纳米纤维技术在纺织行业中具有重要的影响。
首先,纳米纤维材料具有较高的比表面积和孔隙率,能够增强纺织品的吸湿性和透气性,提高穿戴舒适度;其次,纳米纤维材料还具有超高的强度和耐磨性,可以增加纺织品的使用寿命;此外,纳米纤维材料还可以进行功能化改性,例如抗菌、阻燃等,为纺织品带来新的特性和应用。
三、纳米纤维技术在医疗行业的影响纳米纤维技术在医疗行业具有广泛的应用前景。
首先,纳米纤维材料具有高度的生物相容性和可降解性,可以制备出用于组织工程和修复的生物医学材料;其次,纳米纤维材料还可以用于制备药物载体,提高药物的溶解度和稳定性;此外,纳米纤维材料还可以用于制备过滤器和隔离材料,具有良好的阻隔性能和对微生物的杀灭作用,用于制备口罩和手术衣等医疗用品。
四、纳米纤维技术在环保行业的影响纳米纤维技术在环保行业中也有重要的应用。
纳米纤维材料可以用于制备高效过滤器和吸附材料,用于水质净化和空气净化等领域;此外,纳米纤维材料还可以用于制备光催化材料,对废水和有害气体进行光解降解,具有良好的环境友好性;同时,纳米纤维材料还可以用于制备柔性太阳能电池和锂离子电池等能源存储材料,有利于推动可再生能源的发展。
五、纳米纤维技术在能源行业的影响纳米纤维技术在能源行业中也显示出巨大的潜力。
纳米纤维材料可以用于制备高效的电池电极材料和催化剂,提高电池的容量和循环寿命;此外,纳米纤维材料还可以用于制备柔性太阳能电池和燃料电池等能源转换器件,促进清洁能源的应用;此外,纳米纤维材料还可以用于制备高效的储能器件和传感器等,为能源行业带来全新的突破。
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纳米纤维概述1.纳米纤维的概念纳米纤维是指直径处在纳米尺度范围(1~100nm)内的纤维,根据其组成成分可分为聚合物纳米纤维、无机纳米纤维及有机/无机复合纳米纤维。
纳米纤维具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点,同时纳米纤维还具有纳米材料的一些特殊性质,如由量子尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的特殊的电学、磁学、光学性质[1]。
纳米纤维主要应用在分离和过滤、生物及医学治疗、电池材料、聚合物增强、电子和光学设备和酶及催化作用等方面。
2.纳米纤维的制备方法随着纳米纤维材料在各领域应用技术的不断发展,纳米纤维的制备技术也得到了进一步开发与创新。
到目前为止,纳米纤维的制备方法主要包括化学法、相分离法、自组装法和纺丝加工法等。
而纺丝加工法被认为是规模化制备高聚物纳米纤维最有前景的方法,主要包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法和激光拉伸法等。
2.1静电纺丝法静电纺丝法是近年来应用最多、发展最快的纳米纤维制备方法[2-4],其原理是聚合物溶液或熔体被加上几千至几万伏的高压静电,从而在毛细管和接地的接收装置间产生一个强大的电场力,随着电场力的增大,毛细管末端呈半球状的液滴在电场力的作用下将被拉伸成圆锥状,即泰勒锥。
当外加静电压增大且超过某一临界值时,聚合物溶液所受电场力将克服其本身的表面张力和黏滞力而形成喷射细流,在喷射出后高聚物流体因溶剂挥发或熔体冷却固化而形成亚微米或纳米级的高聚物纤维,最后由接地的接收装置收集。
利用静电纺丝法可制备得到多种聚合物纳米纤维,而采用不同的装置可收集获得无序排列的纳米纤维毡或定向排列的纳米纤维束,也可制备空心结构、实心结构、芯--核结构的纳米纤维,满足其在不同领域的应用需要。
2.2双组份复合纺丝法双组份复合纺丝法制备超细纤维主要以海岛型和裂片型复合纤维为主[5-7],其原理是将两种聚合物经特殊设计的分配板和喷丝板纺丝,制备海岛型或裂片型的复合纤维。
将海岛型复合纤维中的“海”组份利用溶剂溶解去除或者将裂片型复合纤维进一步裂解后,即得到超细纤维。
双组份复合纺丝法的关键技术是喷丝板的设计,选择不同规格的喷丝板,能够制备得到不同形态和尺寸的超细纤维[8]。
Fedorova等[9]以PA6为“岛”,PLA为“海”,利用复合纺丝法制备得到PA6/PLA 复合纤维,然后选择溶剂将作为“海”组分的PLA基体相去除,最终获得尺寸为微纳米级的PA6纤维。
研究发现,当“岛”的数量增加至360个时,制备所得纳米纤维的直径为360nm。
海岛型纺丝法要求设备精度比较高,要求海与岛组分要在同一个轴向上,而且海的组分的聚合物溶出也影响纤维成型的品质。
但海岛纺丝机成本较高、较复杂,匹配的海、岛纤维也不易找寻,目前为止还无法大批量生产。
2.3熔喷法熔喷技术是规模化生产超细纤维的重要方法[10-12]。
熔喷法的原理是将聚合物原料经喷丝板喷出,然后在高温高速气流的喷吹下使其受到进一步拉伸,从而形成超细纤维。
熔喷纺丝法是利用熔融纺丝技术的方法,不用像静电纺丝需要溶剂,效率较高、成本较低,也易于进行大批量的生产,较经济。
此方法得到的纤维都是无序排列的短纤维和球型颗粒形成的纤维网,但适用的材料的种类并不多。
熔喷法制备超细纤维技术的关键在于如何进一步减小所获纤维的尺寸。
最直接降低纤维尺寸的方法是减少聚合物熔体的喂入速率,但是这个方法只能将纤维的直径减少到一定范围内,并且会影响纤维的生产率。
Ellison等[12]研究表明可利用熔喷技术生产直径为几百纳米的聚合物纤维。
他们利用特殊的模头,通过熔喷技术制备得到直径为250nm的PP纳米纤维;同时还利用熔喷技术制备得到包含600个“岛”的海岛复合纤维,去除基体后所获纳米纤维的直径为50nm。
2.4激光拉伸法随着纳米纤维在各领域应用的不断发展,纳米纤维制备新技术和新方法不断涌现[13-15],Suzuki等[16-19]提出一种CO2激光超声波拉伸法,即利用CO2激光照射纤维的同时在超声波条件下对其进行拉伸,产生约为105倍的拉伸比。
由于纤维受到连续的拉伸作用,因此制备所得纳米纤维为连续长丝。
此方法在制备纳米纤维的过程中不需要任何溶剂或第二组分的去除,并且不需要结合其他工艺,因此其方法简单且易于操作,可用于制备多种聚合物纳米纤维,如PLLA、PGA、PEN、PET等。
Nakata等[20]通过复合纺丝法制备得到PA6/PET海岛复合纤维,利用CO2激光加热牵伸并去除海组分PA6后,获得了直径仅为39nm的连续PET 纳米纤维。
3.纳米纤维的应用由于纳米纤维具有独特性能,其已成为材料科学领域研究的重点之一。
纳米纤维应用在复合材料增强、过滤、组织工程、药物缓释、传感等领域的研究已取得了丰硕的成果。
3.1 过滤材料过滤材料在原料或产品分离提纯、空气及水体净化、废弃物排放前处理等工业生产环节发挥着重要的作用。
在现代生物、医药等领域的快速发展中,对过滤材料也提出新的需求。
如对直径在微米和纳米级的粒子有很好的过滤效果,则要求过滤材料的通道和空隙结构必须与过滤对象的粒径相配对,而静电纳米纤维是制备高效过滤介质最直接有效的方法之一。
静电纺丝纳米纤维膜孔径在数十纳米到几微米间变化,孔隙率高,而且具有连贯的孔洞结构,具有良好的空气通透性和对目的物的截留吸附性能。
Wang等[21]通过静电纺聚偏(二)氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)得到平均直径在500nm 左右的纳米纤维,在其表面涂敷聚吡咯,对滤液中的金离子有很好的吸附性能。
Ma等[22]用聚砜(PSU)静电纺丝得到纳米纤维膜,并分别在其表面接枝甲基丙烯酸(MAA)、二氨基-二苯胺(DADPA)以及色素配体Cibacron blue F3GA,得到纳米纤维膜,该膜对牛血清蛋白有很好的吸附过滤效果。
chen[23]等用β-环式糊精对制备所得碳纳米纤维膜进行功能化处理,指出处理后的碳纳米纤维膜是一种理想的大分子过滤材料,可用于染料过滤、手性大分子过滤以及药物传递等领域。
3.2组织工程当纤维直径小于或相当于动物体细胞直径时,细胞可粘附在纤维上并沿纤维生长。
近年来,纳米纤维膜以其巨大的细胞外基质仿生潜能,被认为是一种很好的组织工程中细胞培养的支架材料[24]。
Zong X H等[25]认为静电纺丝技术制得的具有三维结构的纳米纤维膜比表面积大、孔隙率高,纳米纤维直径尺寸与体内许多细胞相当,能够负载生长因子并诱导细胞粘附、增殖和分化,对于体外细胞培养,以及模拟细胞外基质构造具有特殊优势。
Kyong S R等人[26]将胶原蛋白溶解在HFIP中,经过静电纺丝获得纳米纤维,戊二醛交联后再进行细胞外基质蛋白仿生修饰,用于人表皮细胞和口腔细胞的培养,并在纤维轴向上取向生长。
Park 等[27]利用静电纺丝法将载药PLGA纳米纤维覆盖于食道移植片表面,用于延长药物释放。
然后,为了获得更佳的药物延长释放效果,在载药PLGA纳米纤维表面又覆盖了另外一层PLGA纳米纤维,结果表明:利用此方法制备所得药物输送食道移植片有希望用于长时间治疗由食道癌引起的吞咽困难。
Mackie等[28]在PLA中加入CNTs,制备得到电活性的纳米纤维支架,表征其形态以及物理化学性能。
研究表明:此纳米纤维支架被用于培养人体细胞的过程中不会产生不利的细胞霉素,因此包含CNTs的纳米纤维支架可用于电活性组织工程领域。
3.3药物缓释药物缓释系统是为了在较长时间内维持药物有效浓度,通过改变药剂结构,使药物在预定时间内释放于相应的作用环境中,提高药物的稳定性和有效利用率,降低药物的毒副作用,减少服药次数,减轻患者的痛苦[29]。
静电纺丝选材十分灵活,是可直接生产纳米尺寸药物颗粒的方法,可将很多药物添加在适当的溶液中进行静电纺丝。
Xu等[30]采用乳液电纺方法制备了含盐酸阿霉素的纳米纤维,其油相是PEG-PLLA共聚物的氯仿溶液,水相是含盐酸阿霉素水溶液。
制得的复合纳米纤维表面光滑,无药物晶体。
荧光显微发现,该纳米纤维具有核-壳型结构。
体外降解实验结果表明,该复合纳米纤维具有良好的可控缓释性能。
Song B T等[31]研究了具有双载药体系的复合纳米纤维,分别用荧光素(Fluorescein)和若丹明(Rhodamine B)为模拟药物,负载于多孔硅纳米颗粒中,再分散到以聚乳酸-聚羟乙酸共聚物(PLGA)为连续相的纺丝液中,静电纺丝后制得载药复合纳米纤维。
研究结果表明,两种模拟药物具完全独立的释放动力学。
荧光素在324 h 内完全释放,而若丹明释放速度则相对比较缓慢。
研究同时发现,改变纤维中多孔硅纳米颗粒中若丹明的含量可以对其释放量进行有效调控。
3.4传感器纳米技术的发展,为传感器提供了优良的纳米敏感材料。
与传统的传感器相比,纳米传感器尺寸小、敏感性高、应用领域广,基于纳米技术制作的传感器也极大地丰富了传感器的基础理论。
其中纳米纤维由于其吸附力强、生物兼容性好、催化效率高、便于从反应体系中分离等性能,在传感器技术中得到广泛重视。
纳米纤维的引入大幅提高了检测灵敏度,缩短响应时间,使仪器向微型化发展成为可能[32-34]。
目前,基于纳米纤维制备的传感器,已经应用于无机及有机物的检测。
Liu等[35]将有序聚苯胺纳米纤维搭接在两块电极之间作为化学传感器,用于低浓度氨气的检测。
Luoh R等[36]研究了一种基于PAN 静电纺纳米纤维的CO2气体传感器,他们将包含纳米颗粒的聚合物溶液静电纺成纳米纤维,纳米颗粒选择粒径在10-70nm的氧化锌、氧化铁。
用这种包含纳米颗粒的PAN纳米纤维用作传感器与傅立叶红外光谱仪连接起来检测CO2气体,吸收光谱显示出该传感器具有很高的敏感性。
Wang X 等[37]将聚丙烯酸(PAA)和聚甲醇芘(PM)的共聚物PAA-PM通过静电纺成纳米纤维,并将其引入基于荧光悴灭的光学传感器中,纳米纤维的高孔隙率的结构和大比表面积使得传感器能够对检测物有很高的灵敏度,实现对2,4-二硝基甲苯和金属离子Fe(Ⅲ) 、Hg(Ⅱ)的灵敏检测。
Katarzyna S 等[38]将脲酶分散到聚乙烯吡咯烷酮(PVP)纺丝液中,利用静电纺丝制得固定化酶的复合纳米纤维,由于纳米纤维的小直径和巨大的比表面积,使得包埋法固定于纳米纤维中的脲酶对氨水的检测限达到×10-6级。
4.纳米纤维的发展前景纳米纤维具有超大比表面积、超细孔隙度和良好的机械特性等其它纤维所不能拥有的独特优势而广泛用于组织工程支架、药物传输、过滤介质、人造血管、生物芯片、纳米传感器、光学、复合材料等领域[39-41]。
制备纳米纤维的方法有许多种,如拉伸法、微相分离、模板合成、自组装、静电纺丝等。
其中静电纺丝法可以直接从聚合物或复合材料中制备连续纤维,它以操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点而被广泛应用。