近些年，納米材料在社會(huì)生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用。靜電紡絲技術(shù)，是目前材料領(lǐng)域最為常見(jiàn)的一種制備聚合物納米纖維的方法，將聚合物溶液以一定的速度從帶有毛細(xì)管的微流泵中推出，將毛細(xì)管部分置于強(qiáng)電場(chǎng)中，聚合物溶液會(huì)在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下，會(huì)在毛細(xì)管頂端形成泰勒錐；逐漸增大電場(chǎng)強(qiáng)度，至聚合物溶液克服表面張力形成噴射細(xì)流；噴射細(xì)流在強(qiáng)電場(chǎng)中做不規(guī)則運(yùn)動(dòng)并分裂成多股細(xì)絲纖維，最終在電場(chǎng)的負(fù)極形成無(wú)紡布形式的納米纖維。微流注射泵作為靜電紡絲過(guò)程中重要的給料設(shè)備，其運(yùn)行的精度和穩(wěn)定性直接影響著產(chǎn)出納米纖維的品質(zhì)。目前現(xiàn)有市場(chǎng)的多數(shù)的微流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管理控制方式較為單一，不能做到自動(dòng)實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確的反應(yīng)微流注射泵運(yùn)行狀態(tài)。

靜電紡絲技術(shù)，一種在高壓靜電環(huán)境下，利用聚合物溶液進(jìn)行紡絲的工藝，能夠制造出直徑介于幾十到幾百納米的纖維。這些纖維不僅孔隙率高、比表面積大，而且成分豐富多樣、直徑分布均勻。正因如此，靜電紡絲技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程以及紡織等多個(gè)領(lǐng)域中均展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用潛力。

一、靜電紡絲的原理

靜電紡絲，也被稱(chēng)為聚合物噴射靜電拉伸紡絲，其工作原理與傳統(tǒng)紡絲方法大相徑庭。在此過(guò)程中，聚合物溶液或熔體被施加幾千至上萬(wàn)伏的高壓靜電。帶電的聚合物液滴在電場(chǎng)力的作用下，于毛細(xì)管的Taylor錐頂點(diǎn)被迅速加速。一旦電場(chǎng)力超越表面張力，聚合物液滴便會(huì)形成噴射細(xì)流。隨著細(xì)流在噴射過(guò)程中溶劑的蒸發(fā)或固化，最終在接收裝置上沉積，從而形成類(lèi)似非織造布狀的纖維氈。值得注意的是，在靜電紡絲的過(guò)程中，液滴始終帶有一定的靜電壓并置身于一個(gè)電場(chǎng)之中。因此，當(dāng)射流從毛細(xì)管末端向接收裝置移動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)顯著的加速效果，進(jìn)而導(dǎo)致射流在電場(chǎng)中受到拉伸。

二、靜電紡絲的裝置構(gòu)成

靜電紡絲的裝置主要包括推進(jìn)泵、注射器、高壓電源以及接收裝置。這些組件協(xié)同工作，共同完成纖維的靜電紡絲過(guò)程。特別地，高壓電源的正極與負(fù)極分別與注射器的針頭和接收裝置相連接，形成了一個(gè)完整的靜電紡絲回路。而接收裝置的設(shè)計(jì)也是靈活多樣的，它可以是靜止的平面、高速轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒，或者是其他形式的圓盤(pán)，用于接收并沉積纖維。

三、應(yīng)用

（一）在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，由于納米纖維的直徑小于細(xì)胞，它們能夠模擬天然細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能。鑒于人體內(nèi)大多數(shù)組織與器官在形式和結(jié)構(gòu)上與納米纖維相似，這使得納米纖維在組織和器官修復(fù)方面具有潛在應(yīng)用。此外，某些靜電紡原料不僅具有良好的生物相容性，還可降解，非常適合作為載體進(jìn)入人體。加之納米纖維的大比表面積和孔隙率等優(yōu)異特性，它們?cè)谒幬锟蒯尅?chuàng)傷修復(fù)以及生物組織工程等多個(gè)方面均已展現(xiàn)出顯著的應(yīng)用價(jià)值。

（二）在纖維過(guò)濾材料領(lǐng)域，纖維直徑的減小可以顯著提高過(guò)濾效率。靜電紡納米纖維憑借其直徑小、孔徑小、孔隙率高以及纖維均一性好等特點(diǎn)，在氣體、液體過(guò)濾以及個(gè)體防護(hù)等多個(gè)方面都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

（三）通過(guò)靜電紡絲技術(shù)，可以精細(xì)調(diào)控纖維結(jié)構(gòu)，結(jié)合低表面能物質(zhì)，制備出具有超疏水性能的材料。這類(lèi)材料在船舶外殼、輸油管道內(nèi)壁、高層玻璃以及汽車(chē)玻璃等自清潔領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。然而，要實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用，還需進(jìn)一步提高材料的強(qiáng)力、耐磨性，并增強(qiáng)纖維膜材料與基體材料的結(jié)合牢度。

（四）納米結(jié)構(gòu)的催化劑顆粒容易團(tuán)聚，從而影響其分散性和利用率。而靜電紡纖維材料可以作為模板，有效分散這些催化劑顆粒。同時(shí)，其柔韌性和易操作性也有助于提高催化效能。此外，靜電紡絲技術(shù)還可以利用催化材料與聚合物微納米尺寸的表面復(fù)合產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提升傳感器性能。

（五）靜電紡納米纖維的高比表面積和孔隙率特性使得它們?cè)趥鞲胁牧项I(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)。它們能夠增大傳感材料與被檢測(cè)物的作用區(qū)域，有望大幅提高傳感器性能。同時(shí)，靜電紡納米纖維在能源、光電以及食品工程等領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。

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