近年来,用刺激响应性聚合物进行静电纺丝制备的智能纳米纤维膜开始受到国内外的高度关注 。它既有块状智能水凝胶那样的宏观尺寸和强度,又具有智能微凝胶那样的快速刺激响应性,因此应该 是AgNPs 的理想智能载体。 本章首先介绍静电纺丝法的发展概况及其主要影响因素,然后重点对静电纺 丝法制备的智能纳米纤维的研究进展进行述评,另外还介绍一般纳米纤维作为 AgNPs 载体的研究情况。最后在此基础上,提出本文的研究内容及其研究意义。 万方数据 东华大学硕士学位论文 载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的研究 1.2静电纺丝法 1.2.1 静电纺丝法的发展概况 “静电纺丝”一词最早来源于“electrostatic spinning”,现在简称为 “electrospinning”。顾名思义,静电纺丝就是在高压电场作用下的纺丝技术。 最早真正意义上静电纺丝的提出要追溯到1934 年,Anton Formalas 等人发明制 备聚合物纳米纤维的实验装置 ,并申请了国际专利。该发明专利中提出静电力使聚合物溶液如何在电极间形成喷射流,这是首次详细描述利用静电力来制备微 纳米纤维装置的专利。这一具有重大意义的发明被认为是静电纺丝技术的开端。 前期静电纺丝技术发展比较缓慢,随后的相当长一段时间内只出现了一些关 于静电纺丝装置的专利 ,但尚未引起广泛的关注。直到上世纪90年代,美国 阿克隆大学Reneker 等对静电纺丝工艺和应用开展了深入和广泛的研究 [10, 11] 十年来,随着纳米技术的发展,静电纺丝技术获得了飞速发展,世界各国的学术界和工业界都对该技术产生了浓厚的兴趣。 随着人们对于静电纺丝技术的深入研究,利用静电纺丝制备的材料不仅基于 聚合物(包括合成聚合物、天然聚合物、生物合成的聚合物等),而且还扩展到了 金属,金属氧化物,半导体等无机纳米纤维,以及由无机材料和聚合物以及无机 材料之间形成的无机/有机或无机/无机复合纳米纤维。 1.2.2 静电纺丝装置与原理 静电纺丝装置包括以下几个主要部分:高压电源,溶液储存装置,喷射装置 (如内径1 mm 的毛细管)和收集装置(如金属平板、铝箔,滚轴等)。图1-1 是实验 室常见的两种静电纺丝装置。高压电源产生的静电场在毛细喷丝头和收集装置间 产生一个电位差,使毛细管内聚合物溶液或者熔融体(一般为非牛顿流体)克服自 身的表面张力和粘弹性力,在喷丝头末断呈现半球状的液滴。随着静电场强度增 加,液滴被拉成圆锥状即Taylor 锥。当电场强度超过一临界值后,将克服液滴的 表面张力形成射流,并在电场中进一步加速。纺丝液被拉伸成一条直线,到达一 定距离后弯曲,进而以循环或螺旋形路径行走直至收集装置。伴随溶剂挥发或熔 融体冷却固化,最终落在收集板上形成纤维,直径一般在几十纳米到几微米之间。 近年来,关于静电纺丝原理的研究越来越引起学者们的关注 11],研究主 要集中在两个方面:(1) Taylor 锥的形成与喷射;(2) 纳米纤维的弯曲非稳定性。 而纺丝液在毛细管中的流体动力学问题,特别是非牛顿流体的管流在现有文献中 少有涉及。但是电纺所用的聚合物溶液或熔融体都是非牛顿流体,因此必定涉及 到非牛顿流体的管流问题。非牛顿管流的一个重要特征是其非稳定性,因此非牛 万方数据 东华大学硕士学位论文 载银纳米粒子温度响应性杂化纳米纤维膜的研究 顿流体管流的非稳定性应为电纺过程中有关流体动力学方面的研究方向之一。在高压电场作用下,带电聚合物溶液或熔融体液滴会形成一个锥体。这是表 面张力与电场力共同作用的结果。随着电场强度的增加,锥体上的电荷密度上升, 继而锥体的角度变大。一般认为,当超过临界电压时平衡被打破,随即产生一个 锥体,即Taylor 锥。继续增加电场强度,达到另一临界值时,将克服液滴的表面 张力形成射流。有关Taylor 锥的研究主要围绕其临界锥体角度以及轮廓展开。早