Page 65 - 《精细化工》2020年第12期

第 12 期 施成东，等: 电纺纳米纤维取向对其特性的影响 ·2427·

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常温下较低的压力范围内表现出高的灵敏度 ；以 速的增加，纳米纤维逐渐沿滚筒转动方向整齐排列，
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纤维素纳米晶体稳定的碳纳米管（CNT）为材料， 取向度明显增加（图 2）。蒋敏等 利用一种平行的
加入聚乙烯醇和聚丙烯酸电纺获得取向结构的复合 电极板作为接收装置，当射流喷出进入电场时，由于
纳米纤维膜作为柔性超极电容器电极，机械强度和 电场力作用，纤维被牵引拉伸，整齐排列在两电极
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热稳定性显著增强 ；取向碳纳米纤维由于具有一 板上，进而成功制备出取向纳米纤维。STORCK 等 [8]
维取向结构，比随机碳纳米纤维表现出更加优异的 通过在部分导电基板周围产生磁场来制备高取向磁
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导电性 。因此，采用静电纺丝技术制备取向纳米 性纳米纤维，在非导电基板上的 PAN/磁铁矿纳米纤
纤维，可改善纳米纤维的性能。近年来，取向纳米 维显示出明显的各向同性，导电基板上的 PAN/磁铁
纤维深受国内外研究学者的关注，使其在材料领域 矿显示出明显的各向异性。
的应用前景更加广阔。

1 静电纺丝

1.1 静电纺丝原理及影响因素
聚合物纺丝液在设备推力下由针嘴喷出，高压
电场中受电场力和张力共同作用形成小液滴，当电
场力大于张力时，沿电场力方向形成射流，在射向
接收装置过程中，射流逐渐被拉伸，纤维直径变小，
沉积在接收装置上。影响静电纺丝过程的因素众多，
主要包括纺丝液、工艺和环境。这些因素相辅相成，
彼此相互联系，共同对纳米纤维的形态、结构、直
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径和分布的均匀度产生影响 。
1.2 取向纳米纤维的制备方法
研究者们通过改进静电纺丝的接收装置制备出
取向纳米纤维，图 1a 为静电纺丝过程。制备取向
纤维的方法有滚筒法、平行板电极法和磁场法，其 图 1 静电纺丝过程（a），滚筒法（b），平行板电极法（c）
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示意图见图 1b、c 和 d。例如：叶靖等 通过高速旋 和磁场法（d）
Fig. 1 Electrospinning process (a), roller method (b), parallel
转的滚筒制备聚丙烯腈（PAN）取向纳米纤维，随
plate electrode method (c) and magnetic field
着转速的增加，纳米纤维直径减小且越来越均匀， method (d) [1]
平均直径在 200 nm 左右，由 SEM 图可知，随着转

a—800 r/min; b—1000 r/min; c—1500 r/min; d—2000 r/min; e—2500 r/min

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图 2 不同取向程度的 PAN 纳米纤维的 SEM 图
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Fig. 2 SEM images of PAN nanofibers with different orientations