用于研發的靜電紡絲設備NF-500介紹
靜電紡絲技術廣泛應用于纖維的制備及成型，制備的纖維直徑可達幾微米甚至幾納米。由于靜電紡絲技術制備的納米纖維具有高長徑比、大特異性比表面積、孔隙可控的特點，靜電紡絲技術逐漸成為納米纖維制造普遍的方法之一。
靜電紡絲原理與裝置
在高壓電場的作用下，聚合物溶液或熔體表面被極化產生電荷，形成與表面張力相反的靜電斥力。當電場強度突破臨界值，聚合物液滴呈現圓錐體形狀，即“Taylor錐"。當紡絲電壓足以克服聚合物液滴的表面張力時，Taylor錐的底部形成細小的射流，射流在沿直線運動一小段距離后進行劇烈的螺旋擺動，伴隨著溶劑的揮發，射流固化沉積到接收裝置的表面，形成納米級的聚合物纖維。
圖1 靜電紡絲設備示意圖
NF-500型是一種用于實驗室的靜電紡絲設備。
通過集成諸如50kV高壓電源，多孔噴頭和卷帶收集器以及溶液加熱噴頭等配件，可以紡各種納米纖維。
通過與多孔噴頭的組合，它可以連續旋轉450mm寬的納米纖維膜。
使用滾筒收集器，可以制成通常用于細胞培養或電子設備的向性納米纖維膜。
該系統可以使用兩個內置泵輸送兩種不同的溶液，從而制作芯鞘結構納米纖維。
靜電紡絲技術的應用
1、組織工程
人體中的許多組織損傷后不能再生，如果創傷嚴重，患者必須通過器官替代或移植來恢復功能。靜電紡絲納米纖維由于其良好的生物相容性、可控的機械性能和類似天然細胞外基質的特點，被認為是優秀的組織工程材料。目前，電紡納米纖維已經在皮膚、血管、心臟、神經、骨組織等組織工程領域得到了研究及應用。
2、傷口敷料
靜電紡絲技術制成的納米纖維敷料具有以下優點：
（1）能夠模擬皮膚細胞外基質的自然結構，使得納米纖維敷料對傷口輪廓具有良好的適應性，更好地保護傷口。
（2）靜電紡絲技術可用于將酶、生長因子、抗生素或抗氧化劑等多種藥物負載于納米纖維的內部或表面，通過調節其纖維的力學參數，從而影響細胞生長和組織再生，最終調節傷口愈合過程。
（3）納米纖維敷料因其高孔隙率而具有良好的透氣性和可調節的潤濕性，可以實現防水、透濕等特殊功能，為傷口愈合創造更好的環境。
（4）納米纖維敷料比表面積大，具有強的吸水性（吸水率可達17.9%～21.3%）與高效的止血效果。
3、膜過濾
3.1 空氣凈化
由于電紡納米纖維薄膜具有直徑小、比表面積大、孔隙率高以及孔徑分布可控等特點，目前已有學者成功制備多種纖維膜并將其用作空氣過濾介質，如聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVA）、聚酰胺（PA 6）、聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）等。在傳統熔噴布上附著一層納米纖維制成的復合材料具有高效低阻的優點，能有效提高過濾效率；靜電紡絲工藝也可以制備可降解或可以重復使用的新型口罩；抗菌殺菌也是納米纖維基空氣過濾材料的重要應用領域。
3.2 液體過濾
液體過濾在工業、農業、醫療等領域有著舉足輕重的地位，與傳統的分離技術相比膜分離技術具有高效低耗等特點，其中最為常用的方法有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）以及正滲透（FO）。靜電紡絲作為新型制膜技術，所制備的纖維膜具有孔徑小、孔隙率高且孔徑可調等特點，使其在液體過濾中具有較高的過濾效率和滲透通量。
圖4 納米纖維膜過濾液體示意圖
3.3油水分離
靜電紡絲技術制備的納米纖維膜具有比表面積大、孔隙結構可控及表面潤濕性可調節的特性，在油水分離領域具有廣闊的應用前景。目前，常規的油水分離納米纖維膜主要包括超親水-疏油納米纖維膜、超疏水-親油納米纖維膜、智能可控油水分離納米纖維膜。
圖5 油水分離納米纖維膜過濾示意圖
4、柔性電子器件
新興的柔性電子技術的出現正在滲透到人類日常生活的各個領域，包括柔性觸覺傳感系統、人工電子皮膚、智能紡織品、可穿戴健康監測、可植入裝置等。靜電紡絲納米纖維可被用于不同電子器件，如導電元件、基材、強化成分，甚至是全纖維結構。
受益于電紡纖維的不同結構（例如，多孔、中空、芯殼、多通道和納米帶及其組合），為柔性電子器件提供了一系列特定的優勢，包括靈活性、透明度、導電性、透氣性、自我修復能力和可清洗性，這些優勢賦予器件高性能和某些突出的功能。基于電紡纖維的電子器件可作為不同的平臺，如拉伸電極、電阻式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器、晶體管、納米發電機和植入式設備，用于監測一系列的人類身體健康信息。
