[发明专利]一种利用静电纺丝工艺制备定向排列微/纳米纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种微/纳米纤维的制备方法，具体涉及一种利用静电纺丝工艺制备定向排列微/纳米纤维的方法。

背景技术

静电纺丝工艺实际上研究的是带电非牛顿流体介质在电场力作用下的运动，运动过程中，介质和电场之间发生相互作用，空气流动的速度场和电纺射流的速度场相互混合，最终形成了独特的螺旋状射流运动轨迹，因此得到的纤维一般为杂乱无序排列。为了使获得的纤维从无序变有序，研究人员主要应用机械和电学的方法使微/纳米纤维进行定向排列，其原理如下：设法通过控制电场分布(即利用辅助电极或者改良收集装置等)改变射流在针头和接收装置之间形成电场中的运行轨迹，从而抑制射流的鞭动等不稳定状态，以获得在小区域或者更大区域内纤维定向排列的微/纳米纤维阵列。

有学者利用铝制锥形盘(外径为200mm，厚度为5mm)对静电纺纳米纤维进行定向排列。该工艺得到的聚氧化乙烯(PEO)纳米纤维的直径为100nm～300nm，同时可以根据需要控制纤维之间的平均间距。但由于盘的边沿相对尖锐，这种方法很难在大面积上获得定向排列的纤维。另有学者利用分开数百微米到几厘米的两片导电电极作为收集装置，获得了平行排列的聚合物以及陶瓷纳米纤维。通过静电力的相互作用，载有电荷的纳米纤维会以伸直状态横跨到间隙上，因此可以在较大面积上获得定向排列纳米纤维。但上述方法存在纺丝结构相对复杂或得到的纤维定向排列程度不高等的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用静电纺丝工艺制备定向排列微/纳米纤维的方法，解决了现有制备方法纺丝结构相对复杂以及所得纤维定向排列程度不高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种利用静电纺丝工艺制备定向排列微/纳米纤维的方法，采用常规立式静电纺丝装置，该装置的结构为：包括由有机玻璃搭建而成的纺丝支架，纺丝支架内设置有接收平板，接收平板与直流高压发生器相连接，接收平板的上方设置有金属针头，金属针头通过聚四氟乙烯导液管与注射器相连接，注射器通过微量注射泵驱动注射；

具体按照以下步骤实施：

步骤1：配制不同浓度的纺丝溶液，并将其注入注射器中，调整环境温度和相对湿度；

步骤2：开启微量注射泵，调整溶液流速、外加电压、金属针头与接收平板之间的距离达到稳定纺丝，观察纤维沉积状态，确定纤维从无规沉积到定向沉积的临界溶液浓度；

步骤3：利用步骤2得到的临界浓度以上的溶液进行静电纺丝，通过协调控制溶液流速、外加电压以及接收距离，纤维便以定向排列的状态沉积到接收平板上。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1中的温度为室温，相对湿度为35％～55％。

其中的步骤2中的溶液流速为0.2mL·h^-1～0.6mL·h^-1。

其中的步骤2中的直流高压发生器电压为10kV～30kV。

其中的步骤2中的金属针头与接收平板之间的距离为10cm～20cm。

本发明的有益效果：

1.本发明的方法所需设备简单，操作便利；

2.借助于水的集束作用，可以将已经得到的定向排列微/纳米纤维阵列制成微/纳米纤维纱；

3.定向排列程度高，易于制作微电子器件。

附图说明

图1是本发明利用的常规立式静电纺丝装置结构示意图；

图2是本发明利用Maxwell电场模拟软件得到的电场最大电势梯度方向示意图；

图3是本发明方法制备定向排列微/纳米纤维的原理示意图；

图4是本发明方法制备得到的定向排列微/纳米纤维的微观照片。

图中，1.微量注射泵，2.注射器，3.聚四氟乙烯导液管，4.金属针头，5.纺丝支架，6.接收平板，7.直流高压发生器，8.射流直线段，9.射流鞭动段，10.定向排列微/纳米纤维。

具体实施方式

本发明利用静电纺丝工艺制备定向排列微/纳米纤维的方法，如图1所示，采用常规立式静电纺丝装置：包括由有机玻璃搭建而成的纺丝支架5，纺丝支架5内设置有接收平板6，接收平板6与外部直流高压发生器7相连接，接收平板6的上方设置有金属针头4，金属针头4通过聚四氟乙烯导液管3与注射器2相连接，注射器2通过微量注射泵1驱动注射。

具体按照以下步骤实施：

步骤1：将聚合物溶解于适当的溶剂中，通过充分搅拌，配制成不同浓度的纺丝溶液，并将其分别注入到注射器2中进行静电纺丝；