静电纺丝纳米纤维膜在过滤材料中的应用研究

综述了近年来国内外通过静电纺丝技术制备高效过滤材料的最新研究成果,包括抗菌过滤、高温过滤、空气过滤、液体过滤、自清洁、可降解和可重复利用。发现空气中的杂质主要通过纳米纤维膜的截留、惯性碰撞和扩散、重力和静电沉积来拦截,纳米纤维膜的过滤性能主要由过滤效率和阻力压降决定。认为将静电纺丝法与其他新技术、新方法相结合,并通过掺杂其他支撑材料以纺成筛网状,可以拓宽纳米纤维膜的应用领域,使过滤材料具有可生物降解、抗菌、自清洁等功能。

空气过滤用静电纺纳米纤维材料研究进展

面对日益严重的空气污染,传统过滤材料的过滤效率低且过滤阻力大,静电纺纳米纤维材料具有高孔隙率、大比表面积等特性,过滤效率高且过滤阻力小,可广泛应用于空气过滤及个人防护等领域。为此,首先从加工方式方面综述了3种静电纺丝法,不同的方法可获得不同尺度的纤维;其次,从不同纳米纤维材料结构和功能化制备角度,系统综述了空气过滤纳米纤维材料的最新研究进展;最后对规模化制备及纺丝原理进行论述,并展望了未来发展趋势。研究认为:需要深入研究静电纺丝机制,进一步研究电场、溶液、纤维成形之间的影响机制与构效关系开发新技术,来实现静电纺纳米纤维材料的规模化宏量制备;在此基础上对其进行功能化改进,研发具备自清洁、抗菌和传感等功能的空气过滤纳米纤维材料,以提高其在空气过滤领域的应用价值。

静电纺丝法制备SnSbCuFeZn高熵合金/碳纳米纤维复合负极材料

采用静电纺丝技术,结合煅烧工艺,将SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒均匀地锚定在导电互联的碳纳米纤维中,成功制备了SnSbCuFeZn@CNFs锂离子电池复合负极材料。结果表明,煅烧温度对材料的物相组成和形貌特征有重要影响,且直接影响SnSbCuFeZn高熵合金纳米颗粒的晶相、尺寸和分布,决定SnSbCuFeZn@CNFs电极的电化学性能。其中SnSbCuFeZn@CNFs-900电极展现出优良综合性能:0.1 A/g时,初始放电比容量达1232.8 mA/g,循环200次后可逆放电比容量保持在786.0 mA/g;1.0 A/g时,循环500次后放电比容量仍有433.8 mA/g;2.0 mV/s扫描速度下,赝电容贡献率高达93.37%。

PVA基静电纺丝纳米纤维膜空气过滤研究进展

通过静电纺丝制备的聚乙烯醇(PVA)基纳米纤维膜具有多孔结构、高比表面积、形貌可控和可生物降解等特点,在空气过滤领域具有广阔的应用前景。首先介绍了静电纺丝技术以及纳米纤维空气过滤机理,随后着重总结了PVA与纳米粒子、壳聚糖、环糊精以及单宁酸共同制备静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤领域的研究进展,最后对未来发展进行了展望。

静电纺丝碳纳米纤维复合材料的制备及应用进展

碳纳米纤维(CNFs)是由碳元素组成的一维材料,由于其具有尺寸可调、高导热性、高导电性和良好的机械阻力等优点,在能源和储能领域可以赋予材料更多新的性能。综述了近年来静电纺丝碳纳米纤维在电极、吸波、催化、吸附、传感器、储能材料等领域的应用进展,简要介绍了CNFs的制备方法,包括静电纺丝法和化学气相沉积(CVD)法,同时分析了CNFs复合材料在增强电化学性能方面的优势。在应用层面上,介绍了基于CNFs复合材料的匹配性,为高性能CNFs纳米材料的应用和研究提供参考依据。如何操控CNFs材料表面和化学性质,优化CNFs结构,将CNFs复合材料灵活用于特定应用,促进碳纳米纤维复合材料的应用发展。

OBE理念融入前沿无机化学实验教学——基于静电纺丝制备UiO-66-PAN纳米纤维

本文以前沿无机化学实验—基于静电纺丝技术制备UiO-66-PAN纳米纤维为例,探讨了OBE理念在前沿无机化学实验教学中的应用。文章强调了明确学习目标的重要性,并介绍了静电纺丝技术的原理和特点。在制备UiO-66-PAN纳米纤维的过程中,需要调整静电纺丝参数以控制纤维形态和直径。最后,文章指出融入OBE理念可以帮助学生理解原理、掌握技能,并培养解决问题的能力。通过这一案例分析,本文为前沿无机化学实验教学提供了有益的借鉴和启示。

静电纺丝MNZ/PLGA纳米纤维膜制备表征及药物释放研究

目的牙周炎是一种影响牙周组织的慢性感染性疾病,主要由牙菌斑中的细菌引起的,通过有效持续释放药物,达到杀灭细菌,有效地治疗牙周炎的目的。方法本研究采用静电纺丝技术,在高电场下,将有机高分子拉伸成纳米纤维,在收集滚筒上形成纳米纤维膜。将不同含量的甲硝唑(metronidazole,MNZ)(1wt%、3wt%、5wt%)负载到聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly(lactic-co-glycolicacid),PLGA]纳米纤维膜上。通过扫描电镜,傅里叶红外光谱、热重分析、亲疏水性测试、拉伸试验、生物相容性和药物释放进行表征,得到较为适合的MNZ/PLGA纳米纤维膜。结果随着甲硝唑含量的增加,PLGA复合纳米纤维丝直径逐渐增大,3wt%MNZ/PLGA复合膜均匀,当甲硝唑含量达到5wt%时,纤维丝粘连严重,且有大的颗粒状滴液团聚。MNZ表现为嵌入吸附在PLGA上,各基团表现出较好的理化特性。纳米纤维膜由原来的疏水逐渐变成亲水膜,拉伸性能随着甲硝唑含量增加逐渐减弱降低,有较好的热稳定性。结论在药物释放中,3wt%MNZ/PLGA膜缓释效果优于其它组。3wt%MNZ/PLGA膜有良好的生物相容性,多孔结构和高比表面积有利于细胞的吸附,有优越的力学性能,稳定持久的持续释放效果。MNZ/PLGA生物膜的制备为牙周炎的贴膜治疗优化方案提供了一定的理论支撑。

基于金属-有机骨架的静电纺丝纳米纤维应用进展

基于金属-有机骨架(MOFs)的静电纺丝纳米纤维复合材料兼具无机多孔材料和聚合物纳米纤维的优势,具有比表面积大、孔隙率高、分散性好、渗透性好、合成简便、易循环利用、成本低廉等优点,是一类极具应用前景的功能材料。综述了MOFs基纳米纤维复合材料在空气净化、水处理、电化学能量存储和转换、生物医疗、传感器等领域的应用进展。最后,指出了这类复合材料所面临的主要挑战,并对今后的研究方向进行了展望。

静电纺聚酰胺6/聚苯乙烯复合纳米纤维膜制备及其空气过滤性能

针对空气过滤纤维材料的过滤效率、阻力和使用寿命难以平衡的问题,采用多喷头静电纺丝技术,制备了不同直径、形貌纤维及不同纤维沉积顺序的聚酰胺6/聚苯乙烯(PA6/PS)复合纳米纤维膜,测试了复合膜的平均孔径及孔隙率,建立了纤维结构与过滤效率及阻力的构效关系;结合扫描电镜表征探讨了不同形貌、直径纤维的叠加次序对过滤寿命及细颗粒物沉积行为的影响,系统研究了过滤风速、细颗粒物尺寸对过滤性能的影响。结果表明:在5.33 cm/s的风速下,以多喷头静电纺丝方式制备的PA6/PS复合膜具有更好的抵抗风速变化的能力,在长期使用中阻力增加较缓慢,其具有93.13%的过滤效率,30.67 Pa的过滤阻力和0.0889 Pa-1的品质因子,综合过滤性能优于同等条件下H10等级(过滤效率>90%)的商业玻璃纤维过滤膜。

明胶基静电纺丝纳米纤维及其应用

介绍了溶液的黏度、电导率、表面张力和溶剂的挥发性等对静电纺丝制备纳米纤维薄膜的影响,静电纺丝技术的分类,以及采用可降解的明胶等物质通过静电纺丝技术制备明胶基纳米纤维薄膜,综述了静电纺丝明胶基纳米纤维薄膜在可食用薄膜、抗菌抗氧化薄膜、组织工程、纳米纤维敷料和过滤等方面的应用。

静电纺丝紫苏醛/甲基-β-环糊精包合物纳米纤维的制备与表征

为提高紫苏醛(PA)的热稳定性和水溶性,扩展其应用,以甲基-β-环糊精(MβCD)为主体分子,PA为客体分子,通过静电纺丝技术制备了PA/MβCD包合物(PA/MβCD-IC)纳米纤维(PA/MβCD-IC-NF)。采用SEM、1HNMR、XRD、TGA、FTIR和分子模拟对PA/MβCD-IC-NF进行了表征和分析,测试了其相溶解度,评价了其抗氧化活性和抑菌性能。结果表明,PA已被成功地包裹在MβCD空腔中,形成PA/MβCD包合物;PA/MβCD-IC-NF为非晶体结构,直径分布较均匀且表面光滑,平均直径为(134±60)nm。质量浓度为12 g/L的PA/MβCD-IC-NF(2 cm×2 cm)在1 s内可完全溶解。与PA相比,PA/MβCD-IC-NF中PA的热稳定性和水溶性都显著提高。PA/MβCD-IC-NF的抗氧化活性明显高于PA,对大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的抑制率分别为96.2%±0.1%和94.0%±0.3%。

静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用

病毒的传播和由颗粒物引起的雾霾等空气污染问题已成为全球性挑战。纳米纤维膜可有效捕获空气中的颗粒物且不造成大幅压力降,因此作为一种较为理想的空气过滤介质,近年来受到了广泛关注。聚焦静电纺纳米纤维膜的制备及其在空气过滤中的应用,首先介绍了静电纺丝技术的原理及影响纳米纤维尺寸与形态的因素。其次,系统分析了纳米纤维膜的过滤机制、过滤效果评价参数及其影响因素。最后,总结了多种高效过滤策略,如引入纳米孔结构或支化结构、利用驻极体材料制备纳米纤维膜、构建多层膜复合结构等,并指明了绿色可持续化和多功能化是其未来发展方向。

静电纺丝取向纳米纤维的研究进展

静电纺丝取向纳米纤维,因其具有大的比表面积、高的长径比、有序的结构等优异物理化学性能,受到了广泛关注。从影响静电纺丝纤维形貌的关键因素出发,综述了取向纳米纤维的静电纺丝技术取得的重要进展,对各种技术方法的特点及其原理进行了分析和总结,讨论了取向纳米纤维在能源器件、生物组织工程、传感器等领域的应用特点和优化方案,并对静电纺丝取向纳米纤维的发展面临解决的科学问题和未来应用进行了总结和展望。

静电纺陶瓷纳米纤维高温隔热材料的研究进展

综述了静电纺陶瓷纳米纤维膜和陶瓷纳米纤维气凝胶的制备技术及其在高温隔热领域的应用研究现状。柔性陶瓷纳米纤维膜具有低导热系数、高柔韧性、耐高温性,可应用于各类高温狭小空间,但因其厚度较薄,难以有效阻挡热辐射,导致其隔热性能较差。陶瓷纳米纤维气凝胶厚度较大,可有效阻挡热辐射,但气凝胶孔隙率较高、内部孔隙较大,导致高温热对流明显,高温隔热效果未达到理想效果。未来的研究方向是优化陶瓷纤维结构、改善其隔热性能,探索多相复合技术等手段,进一步降低陶瓷纳米纤维膜的热辐射和陶瓷纳米纤维气凝胶的热对流,以提升二者在高温环境中的隔热效果,为其在极端温度环境隔热的实际应用提供更好的解决方案。

美拉德反应交联对静电纺丝葡聚糖/玉米醇溶蛋白纳米纤维性质的影响

该研究通过静电纺丝法制备葡聚糖/玉米醇溶蛋白纳米纤维,并在60℃、相对湿度50%的条件下进行美拉德反应交联,分析交联后纳米纤维微观形态和宏观特性的变化。通过扫描电子显微镜观察到美拉德反应交联对纳米纤维形态无显著影响。红外光谱变化证明了美拉德反应交联的发生,热性能分析、X射线衍射分析观察到交联后纳米纤维的热稳定性有所提高,呈有序向无序转变的趋势。水接触角测试表明交联使纳米纤维疏水性得到提升。拉伸测试的结果表明,交联使纳米纤维的弹性模量显著增加,而对其断裂伸长率和拉伸强度无显著影响。水蒸气渗透率试验的结果表明,交联使纳米纤维的水蒸气阻隔性得到提高。研究结果表明,在美拉德反应后,葡聚糖/玉米醇溶蛋白纳米纤维的性能得到一定的改善,并有望应用于食品包装材料。

静电纺丝纳米纤维支架在骨组织工程中的应用研究

骨缺损和骨疾病的治疗一直是临床医学的重要研究方向。尽管传统的移植手术在治疗这些问题上取得了较好效果,但它仍然受到一些限制,包括供体数量有限、免疫排斥反应以及引发的移植并发症等问题,这些因素限制了传统移植手术的广泛应用。因此,骨组织工程作为一种新兴的治疗方法备受研究者的关注。静电纺丝纳米纤维支架因其独特的结构特性和生物活性而被认为是骨组织工程领域的理想材料。然而,为了实现最佳的骨再生效果,如何优化静电纺丝纳米纤维支架的设计和应用仍有许多问题需要深入研究。通过文献综述了静电纺丝纳米纤维支架的特点以及在骨组织工程中的应用,期望为开发更有效、更安全的骨组织工程支架提供参考。

闭式线型静电纺丝工艺参数对纳米纤维形貌影响分析

为解决低产量、针头堵塞和溶剂挥发的问题,设计了一种闭式线型静电纺丝装置。研究了工作电压、纺丝距离、旋转速度和聚合物溶液浓度4个工艺参数对PVDF纳米纤维形貌的影响,应用响应面法建立工艺参数与纳米纤维直径的多元回归模型,评价这4个工艺参数对纳米纤维直径的影响。单因素实验获得的纳米纤维平均直径(MFD)为84.99~233.65 nm,相对标准偏差(RSD)为29.28%~38.98%。研究结果表明,在一定条件下,PVDF纳米纤维MFD受聚合物溶液浓度和纺丝距离影响显著,受工作电压和旋转速度影响不显著;PVDF纳米纤维MFD随溶液浓度、工作电压、旋转速度的增大而增大,随纺丝距离的增大而减小;并得出上述4个因素对PVDF纳米纤维MFD的影响由大到小依次排序为:聚合物溶液浓度、纺丝距离、喷头转速、工作电压。

静电纺丝复合纳米纤维在生物医药的应用研究进展

静电纺丝技术因操作简便,被广泛用于纳米纤维的制备。由于静电纺丝纳米纤维具有较高的比表面积、与机体有良好的生物相容性,对人体安全无毒,可以与一些药物、酶和生长因子形成具有特殊功能的复合材料。静电纺丝纳米纤维被广泛用做伤口敷料,加速伤口愈合防止感染;药物载体促进人体对药物的吸收,提高人体对药物的利用率;组织工程有利于骨细胞的生长、缺损组织再生。本研究为纳米复合材料在生物医药方面的应用提供参考。

改良静电纺丝立体纳米纤维支架用于骨修复的研究

目的:针对静电纺丝纳米纤维膜缺乏立体结构的问题,结合静电纺丝与静电喷雾技术制备立体纳米纤维支架,并评估其骨修复能力。方法:利用交替静电纺丝/静电喷雾制备聚己内酯(polycaprolactone, PCL)立体纳米纤维支架(PCL NFs+PCL MSs),采用扫描电镜观察支架形貌,并检测机械性能;将大鼠骨髓间充质干细胞接种在支架上,利用活死细胞染色和细胞骨架染色评估支架体外生物相容性;通过荧光定量聚合酶链反应(real-time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, ALP)染色和茜素红染色(alizarin red staining, ARS)和免疫荧光染色评估支架体外成骨性能,最后通过大鼠颅骨缺损模型评估支架体内成骨性能;全部实验采用单纯电纺支架(PCL NFs)作为对照。结果:PCL NFs+PCL MSs具有明显的纳米纤维和微球结构,相比PCL NFs, PCL NFs+PCL MSs具有更好的立体结构(厚度增加近3倍)和显著提高的机械性能及生物相容性,且细胞更易向PCL NFs+PCL MSs内部浸润。体外成骨诱导实验表明,PCL NFs+PCL MSs组rBMSCs成骨相关基因[骨形态发生蛋白-2(bone morphogenetic protein-2,BMP2)、ALP、Ⅰ型胶原蛋白(collagen typeⅠ, COL-1)、骨特异性转录因子2(Runt-related transcription factor 2,Runx2)、骨桥蛋白(osteopontin, OPN)]和蛋白(COL1和BMP2)表达显著上调,ALP和ARS染色也显示PCL NFs+PCL MSs具有更好的促rBMSCs成骨分化能力。动物实验结果同样提示相比PCL NFs, PCL NFs+PCL MSs展示出显著提高的骨修复性能。结论:交替静电纺丝与静电喷雾可成功制备立体多孔纳米纤维支架,相较于单纯静电纺丝纳米纤维膜,其更有利于细胞浸润,且骨修复性能显著提高,具有良好的临床应用前景。

Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维负极的静电纺丝制备及其在锂离子电池中的应用

以钛酸异丙酯(TTIP)为偶联剂,利用静电纺丝技术合成了一种具有优异机械柔性的Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜.这种纳米纤维膜能够承受180°的弯曲或折叠,且没有任何破损的痕迹.将这种Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜作为自支撑的柔性负极,在扣式半电池和全电池中研究了其电化学性能.半电池电化学性能测试结果显示,Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜具有优异的倍率性能和循环性能,这种Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜在50 mA·g^(-1)的电流密度下获得了470.1 mA·h·g^(-1)的首次可逆容量,经过100次循环后其容保持率为86.1%,远高于商用Sb_(2)Se_(3)负极材料.另外,全电池电化学性能测试结果进一步证实了这种柔性Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜拥有优异的电化学性能,具有实际应用潜力.结合各种实验表征,证实了柔性Sb_(2)Se_(3)/TiO_(2)/C纳米纤维膜强大的机械柔韧性和独特的纳米纤维导电网络共同促成了其优异的电化学性能.