静电纺丝复合纳米纤维研究进展

静电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝的加工技术,是获得纳米尺寸纤维的有效方法之一。然而单一组分的纳米纤维已经难以满足应用的需求,而采用两种或两种以上的聚合物(或聚合物/填料颗粒)进行静电纺丝得到的复合纳米纤维逐渐受到了人们的关注。文中总结了由静电纺丝技术制备的复合纳米纤维及其性能等方面的研究进展。主要包括复合物/碳复合纳米纤维、聚合物/金属复合纳米纤维、聚合物/粘土复合纳米纤维、共混物复合纳米纤维、装饰型复合纳米纤维等。     

天然纤维素/聚丙烯腈抗菌纳米纤维的制备与表征

为了拓展天然纤维素材料的应用,在综合国内外对天然纤维素材料、纳米材料和抗菌材料相关研究的基础上,首先,利用LiCl/二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂体系配置了不同共混比例的天然纤维素/聚丙烯腈纺丝液,采用静电纺丝技术制备了纤维素/聚丙烯腈纳米纤维。然后,用铜氨溶液对纳米纤维进行了抗菌处理,制备了具有一定抗菌功能的纤维集合体。最后,采用SEM观察不同共混比例下纳米纤维的微观形貌;采用TG和DSC表征其热性能;采用FTIR和表面接触角测量仪表征共混后纳米纤维的化学组成和亲水性的变化;采用振荡法测定纳米纤维的抗菌性能。结果表明:通过静电纺丝技术可制得直径在200~400nm范围内的纤维素/聚丙烯腈纳米纤维。随着纤维素含量的提高,纳米纤维的表面越来越粗糙,粘连愈加严重,且直径离散度也变大。当纤维素与聚丙烯腈的共混质量比大于75∶25时,纤维的直径标准偏差由纯聚丙烯腈纤维的100nm以下变为150nm以上。纤维素/聚丙烯腈纳米纤维具有良好的热性能,与纯纤维素纳米纤维相比热稳定性有一定提高,当纤维素与聚丙烯腈的共混质量比为25∶75时热稳定性最好。纤维素/聚丙烯腈纳米纤维的亲水性优于普通医用纱布的。经过铜氨溶液抗菌处理的纳米纤维具有良好的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率分别为82%和75%。     

静电纺技术在耐高温纤维材料领域研究进展

耐高温纤维在高温过滤膜、锂电池隔膜以及高温催化等方面有着良好的应用。结合纳米纤维高孔隙率、高比表面积等优点,将这些纤维原料经过静电纺丝技术制备成纳米纤维,应用于工业、国防、医疗、环境保护等领域已成为当今材料科学的研究热点。重点综述了静电纺丝技术制备耐高温性能纳米纤维材料的研究进展,如静电纺芳纶、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、含氟高分子等聚合物纳米纤维及陶瓷无机纳米纤维等,为进一步开展静电纺丝制备耐高温纳米纤维的研究和应用提供参考。     

静电纺丝制备纳米纤维及其工业化研究进展

针对静电纺丝技术从实验室走向工业化还存在产率低的问题,重点分析了为提高生产效率而采用的多针头纺丝和无针头纺丝等批量化生产方法,简述了静电纺丝的基本原理和实施方法,介绍了静电纺丝制备聚合物纤维、无机物纤维、同轴及中空纤维的情况和特点。随着对静电纺丝方法、设备、工艺和材料研究的深入,通过对高压静电场分布的控制采用多喷头组合方式和无针滚筒方式将成为产业化制备纳米纤维的有效手段。通过控制高压电场分布利用提高效率后的单孔纺丝方法制备出了长、宽、厚分别为1000mm、350mm、1.28mm的芳纶1313纳米纤维布。最后对静电纺丝工业化规模制备纳米纤维材料进行了展望。     

静电纺丝技术制备纤维的研究

静电纺丝技术是目前制备直径几十纳米至几微米聚合物纤维的主要方法之一,本文简述了静电纺丝法的背景及基本原理,阐述了影响纤维制备的主要因素,介绍了静电纺丝法制备纳米纤维的种类及发展现状,以及在过滤介质材料、电子光学材料、超疏水性材料、生物医用功能材料、增强复合材料等方面的应用,最后对电纺纳米纤维的发展方向进行了展望.     

静电纺丝纳米纤维在吸附分离领域的应用进展

静电纺丝技术作为一种简单有效的制备纳米纤维的方法,制备的纳米纤维具有巨大的比表面积,而且采用该技术制备纳米纤维具有操作简单、易于控制、成本低廉等特点,已经在生物医学领域、国防领域、吸附分离领域等取得了一系列应用进展。本文首先对静电纺丝技术做了概述;其次,对其制备原理、影响因素及应用优势等做了简要的说明;然后重点综述了静电纺丝制得的纳米纤维在吸附分离领域的应用进展,总结了静电纺丝纳米纤维存在的问题并对其在吸附分离领域的应用趋势做出了展望。     

静电纺丝制备纳米纤维及其装置的研究进展

静电纺丝技术是一种简单有效的制备纳米纤维的新方法.评述了静电纺丝制备不同类型纳米纤维的研究动态,并着重概述了其装置设计和改进的研究进展.相关研究表明,调整接收装置和液体传送装置,以及采用多喷头组合的方式有望成为电纺丝可控制备纳米纤维及其产业化的有效手段.     

碳纳米管改性聚丙烯腈纳米纤维膜制备工艺及性能

聚丙烯腈(PAN)纳米纤维纸具有高孔隙率、三维连通等特点，其炭化后形成的碳纤维纸可应用于燃料电池质子交换膜中。提升PAN纳米纤维性能，有利于获得高质量碳纤维纸。文中采用碳纳米管(CNT)增强改性聚丙烯腈，通过静电纺丝制备CNT/PAN纳米纤维膜，研究了CNT的加入对纤维膜微观结构、热稳定性、导电性的影响。对纤维膜的扫描电镜照片、热稳定性等进行分析，结果表明CNT质量分数为2%时，纤维膜的孔隙率为86%、比表面积为21.1 m²/g；相较未加CNT的纤维膜的电阻下降40%，最大热分解温度提升了6℃。为后期制备电池用高性能碳纤维纸前驱体提供了支撑。     

基于静电纺丝制备中空纳米纤维的研究进展

中空纳米纤维具有独特的中空结构和较大的比表面积，在吸附、催化、电化学、医药等领域具有广阔的应用前景。静电纺丝技术是制备中空纳米纤维的有效手段。随着静电纺丝工艺的不断成熟，利用静电纺丝大规模制备中空纳米纤维提上了日程。首先详细介绍了基于静电纺丝技术制备中空纳米纤维的原理和方法，探讨了现阶段基于静电纺丝技术大规模制备中空纳米纤维存在的问题以及研究现状，总结了中空纳米纤维的应用进展，最后指出了中空纳米纤维的发展方向，为推动中空纳米纤维的大规模制备及应用奠定基础。     

丙烯腈基含糖共聚物纳米纤维的制备

通过酶促合成法制备了含糖单体6-O-乙烯基癸二酸-D-吡喃型葡萄糖酯(OVSEG),采用水相沉淀聚合法将丙烯腈(AN)与OVSEG共聚,制备含糖聚合物poly(AN-co-OVSEG)。用1 H-NMR,傅里叶变换红外光谱(FT-IR),凝胶渗透色谱(GPC)对聚合产物进行了表征。利用静电纺丝技术将含糖聚合物制备成纳米纤维,通过正交实验,确定最佳纺丝条件为:电压14kV、接收距离18cm、流速0.75mL/h、纺丝液浓度30%,此条件下纤维粗细均匀,平均直径为146nm。     

PAN基活性炭纳米纤维的制备及其对金的吸附研究

采用静电纺丝技术,制备了聚丙烯腈纳米纤维,并以聚丙烯腈纳米纤维为前驱体,制备了PAN基活性炭纳米纤维,并对PAN基活性炭纳米纤维吸附金的性能进行了初步研究,取得了令人满意的结果。     

Growth of carbon nanostructures on carbonized electrospun nanofibers with palladium nanoparticles

This paper studies the mechanism of the formation of carbon nanostructures on carbon nanofibers with Pd nanoparticles by using different carbon sources. The carbon nanofibers with Pd nanoparticles were produced by carbonizing electrospun polyacrylonitrile (PAN) nanofibers including Pd(Ac)(2). Such PAN-based carbon nanofibers were then used as substrates to grow hierarchical carbon nanostructures. Toluene, pyridine and chlorobenzine were employed as carbon sources for the carbon nanostructures. With the Pd nanoparticles embedded in the carbonized PAN nanofibers acting as catalysts, molecules of toluene, pyridine or chlorobenzine were decomposed into carbon species which were dissolved into the Pd nanoparticles and consequently grew into straight carbon nanotubes, Y-shaped carbon nanotubes or carbon nano-ribbons on the carbon nanofiber substrates. X-ray diffraction analysis and transmission electron microscopy (TEM) were utilized to capture the mechanism of formation of Pd nanoparticles, regular carbon nanotubes, Y-shaped carbon nanotubes and carbon nano-ribbons. It was observed that the Y-shaped carbon nanotubes and carbon nano-ribbons were formed on carbonized PAN nanofibers containing Pd-nanoparticle catalyst, and the carbon sources played a crucial role in the formation of different hierarchical carbon nanostructures.     

The effect of embedded carbon nanotubes on the morphological evolution during the carbonization of poly(acrylonitrile) nanofibers

Hybrid nanofibers with different concentrations of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in polyacrylonitrile (PAN) were fabricated using the electrospinning technique and subsequently carbonized. The morphology of the fabricated carbon nanofibers (CNFs) at different stages of the carbonization process was characterized by transmission electron microscopy and Raman spectroscopy. The polycrystalline nature of the CNFs was shown, with increasing content of ordered crystalline regions having enhanced orientation with increasing content of MWCNTs. The results indicate that embedded MWCNTs in the PAN nanofibers nucleate the growth of carbon crystals during PAN carbonization.     

Stretching-induced crystallinity and orientation to improve the mechanical properties of electrospun PAN nanocomposites

Polyacrylonitrile-based carbon fibers, embedded with single-walled carbon nanotubes have been prepared by the electrospinning technique. The as-spun nanofibers were hot-stretched in an oven to enhance the orientation and crystallinity which has been confirmed by X-ray diffraction and DSC etc. With the hot-stretched process and the introduction of SWNTs, the mechanical properties of PAN nanofibers such as the modulus and tensile strength will be enhanced correspondingly. In addition, the electrical conductivities of the PAN/SWNTs nanofiber composites were also enhanced. It was concluded that the hot-stretched nanofibers and the PAN/SWNTs nanofiber composites can be used as a potential precursor to produce high-performance carbon nanocomposites.     

静电纺丝法制备聚丙烯腈基纳米炭纤维及其表面结构表征

通过稳定化、炭化静电纺制的聚丙烯腈(PAN)前驱体纤维制备了直径为100nm～300nm的纳米炭纤维.用扫描电镜(SEM)、场发射扫描电镜(FESEM)、扫描隧道显微镜(STM)及扫描量热分析法(DSC)研究了纳米炭纤维及其前驱体纤维的形貌及结构.结果表明:纳米炭纤维及其前驱体纤维的直径表现为对数正态分布.静电纺制纤维的环化放热峰移向低温,表明静电纺制纤维可在较低的温度下引发环化.由于静电纺制纤维的粗糙表面及在热处理过程中的收缩行为,在纳米炭纤维表面形成了长度为10nm宽度为5nm的凹坑.     

聚丙烯腈基碳纳米纤维在超级电容器电极材料中的应用研究进展

超级电容器是一种介于电池和传统物理电容器之间的新型环保储能器件,近年来得到了研究者的广泛关注。电极材料是超级电容器的核心部分,因此具有更高的研究价值。聚丙烯腈基碳纳米纤维因具有良好的静电纺丝性、较高的碳化产率、优异的纳米结构、超高的比表面积以及优良的导电性和稳定性,已经成为超级电容器电极材料的研究热点。本文主要介绍了聚丙烯腈基交联结构和多孔结构碳纳米纤维电极材料,元素掺杂电极材料以及与碳材料、导电聚合物、金属氧化物复合的电极材料,并对聚丙烯腈基碳纳米纤维电极材料未来的研究方向进行了展望。     

PAN/lignin and LaMnO3-derived hybrid nanofibers for self-standing high-performance energy storage electrode materials

Journal of Materials Science - We report the microstructure, electrical and electrochemical properties of hybrid nanofibers composed of polyacrylonitrile (PAN)/lignin-derived carbon nanofibers and...     

A review: carbon nanofibers from electrospun polyacrylonitrile and their applications

Carbon nanofibers with diameters that fall into submicron and nanometer range have attracted growing attention in recent years due to their superior chemical, electrical, and mechanical properties in combination with their unique 1D nanostructures. Unlike catalytic synthesis, electrospinning polyacrylonitrile (PAN) followed by stabilization and carbonization has become a straightforward and convenient route to make continuous carbon nanofibers. This paper is a comprehensive and state-of-the-art review of the latest advances made in development and application of electrospun PAN-based carbon nanofibers. Our goal is to demonstrate an objective and overall picture of current research work on both functional carbon nanofibers and high-strength carbon nanofibers from the viewpoint of a materials scientist. Strategies to make a variety of carbon nanofibrous materials for energy conversion and storage, catalysis, sensor, adsorption/separation, and biomedical applications as well as attempts to achieve high-strength carbon nanofibers are addressed.     

聚丙烯腈基静电纺纳米碳纤维的制备及拉伸强度测定

采用DMSO/H2O混合溶剂法制备两种不同分子量聚丙烯腈(PAN),将PAN配成纺丝液高压静电纺丝制备纳米纤维毡,然后预氧化和碳化;通过热重、红外光谱、电镜等分析手段对纤维毡、预氧化纤维毡和碳纤维毡进行表征,研究热处理过程中的PAN纳米纤维毡的失重情况、结构变化;采用电子万能试验机对不同纳米纤维束拉伸强度进行测量和分析,相关数据可为静电纺纳米碳纤维毡的制备应用提供方向参考和数据支持。     

聚丙烯腈纳米纤维的辐射氧化及热性能变化

采用静电纺丝法制备出平均直径300nm左右的聚丙烯腈(PAN)纤维,利用γ射线在室温及空气气氛中对PAN纳米纤维进行辐照处理,吸收剂量50~500kGy。采用红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、差示扫描量热仪及热失重分析仪研究了辐射氧化对PAN纳米纤维结构以及热性能的影响。结果表明,辐射氧化可直接在PAN纳米纤维分子链上引入含氧官能团,有利于预氧化过程中脱氢反应的发生。同时可在室温下引发PAN纳米纤维的部分环化反应生成-C=N-共轭结构,其含量随吸收剂量的增加而增加,可有效降低环化放热峰的强度并缓和放热行为。这些结果表明辐射氧化工艺在碳纳米纤维制造领域有很好的潜在应用价值。