[发明专利]一种微纳米纤维三维网络及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微纳米纤维三维网络及其制备方法，制备方法为：在静电纺丝接收微纳米纤维时添加膨胀介质，然后使膨胀介质膨胀，制得微纳米纤维三维网络；所述膨胀介质是指能够通过理化反应引起体积增大且增大倍数大于20倍的材料；制得的微纳米纤维三维网络是由长径比大于10000的微纳米纤维构建且纤维呈单分散状态的自锁三维网络；所述自锁三维网络是指三维网络在拉伸条件下，随着拉伸应变的增加，拉伸模量增加，直至断裂；所述微纳米纤维三维网络的体积与所有微纳米纤维体积和之比大于20:1。本发明可以实现膨胀介质与高长径比纤维实现纤维层面的均匀混合，且相邻纤维间的膨胀介质可以通过体积增大实现微纳米纤维的单分散状态，方法简单，适用范围广。

技术领域

本发明属于微纳米纤维技术领域，涉及一种微纳米纤维三维网络及其制备方法。

背景技术

三维微纳米纤维网络在生物支架、组织工程、电池电极和太阳能电池等领域都有广泛的应用前景。然而微纳米纤维由于其刚度低，自然状态下宏观上呈现为高堆积密度的二维膜结构。制备三维微纳米纤维网络的技术关键是如何实现微纳米纤维的三维分布，并使其保持三维结构。现有的策略可分为三种：

一是先制备微纳米纤维，再将其通过机械作用，利用纤维和介质在流体剪切力上的差异实现纤维在各类粘性液体中分散。这类粘性液体可以是水凝胶前驱体，随后将粘性液体交联形成水凝胶，其中微纳米纤维则在氢键及范德华力的作用下固定于水凝胶内部，从而保持其三维分布状态；此外，该粘性液体也可以是有机溶剂，纳米纤维分散后，将混合溶液冷冻干燥，有机溶剂挥发，留下纯微纳米纤维的三维骨架结构，再使用交联剂使纤维之间实现交联，此时，纤维之间以共价键形式互相联结。然而由于长纤维刚度小，容易互相缠结，很难在粘性液体中实现均匀分散，该类型的三维微纳米网络多由短纤维构成。

二是在微纳米纤维的制备过程中，通过外力作用控制纤维的堆砌密度，从而制备出高孔隙率的三维纳米纤维支架。然而该类型的微纳米纤维支架，纤维之间仅存在静电作用和摩擦力作用，纤维之间的缠结交互较少，结构较为松散，力学性能差，在实际应用中难有作为。

三是利用发泡技术，对现有的二维微纳米纤维膜进行整理。具体的，将纤维膜浸渍于发泡剂溶液中，利用气体膨胀的动力克服微纳米纤维间的抱合力，使微纳米纤维相互位移，从而制备出有较高孔隙率的三维纳米纤维网络。然而，由于微纳米纤维膜不可避免的存在结构上的缺陷，应力较为薄弱处的部位纤维位移量较大，微纳米纤维很难实现均匀的单分散，而是分散为多层纤维膜。进一步的，有研究人员在静电纺丝液中添加发泡剂以提高发泡均匀度，然而该方法在发泡过程中不可避免地对微纳米纤维造成损伤，制得的三维网络纤维形态及连续性不佳。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种微纳米纤维三维网络及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种微纳米纤维三维网络，是由高长径比的微纳米纤维构建且超过99％的纤维呈单分散状态的自锁三维网络；

所述自锁三维网络是指三维网络在拉伸条件下，随着拉伸应变的增加，拉伸模量增加，直至断裂；

所述微纳米纤维三维网络的体积与所有微纳米纤维体积和之比大于20:1；

所述高长径比是指长径比大于10000；

所述单分散状态是指纤维之间不完全并列重叠的状态。

绝对单分散状态在实际操作中无法保证，本发明超过99％的纤维处在单分散状态。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种微纳米纤维三维网络，所述微纳米纤维的直径为100nm～10μm；

所述微纳米纤维三维网络中填充有水凝胶，且微纳米纤维三维网络中水凝胶的填充量为50％-99％(体积)；