多孔结构纳米纤维材料制备的技术方法综述

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1、精选公文范文管理资料多孔结构纳米纤维材料制备的技术方法综述：将纳米纤维加工成具有孔洞结构的特殊形态，是静电纺丝的研究方向。系统综述了近年来国内外利用静电纺丝法制备多孔结构纳米材料的主要方法，并将其归纳为自发成孔和后处理成孔2种方式。介绍了这2种方式成孔的主要原理及成孔类型，对比分析了各自的优缺点。结果表明：自发成孔制备工艺简单，但获得的孔径大小和孔洞分布较为随机，不易控制；而后处理成孔方式的孔径大小具有一定的可控性，但是制备流程相对复杂，因此认为，较为简单、准确地控制纤维表面及内部孔洞分布及孔径大小，使其结构和功能精准匹配，是后期静电纺多孔材料的研究焦点。　　　　关键

2、词：静电纺丝；纳米纤维；多孔结构；自发成孔；[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料后处理成孔。　　　　多孔材料是一种新兴的材料体系，这些材料在表面或内部含有通道、孔洞和缝隙等结构，孔径尺寸小于2nm被定义为微孔，孔径尺寸在2~50nm之间被定义为介孔，孔径尺寸大于50nm被定义为大孔材料[1].由于其低密度、高比表面积、高孔隙率、高比强度和高吸附等特性，多孔材料在传感器、分离、消声、过滤、催化和吸附等方面得到广泛应用[2].制备多孔材料的主要方法有溶胶-凝胶法、沉淀法、模板法、水热合成法和静电纺丝法等。　　　　静电纺丝技术是当前制备纳米纤维材料的主要

3、方式，因为该技术不仅成本低廉，装置简单，而且可静电纺的材料较多，如聚合物、混合物、半导体等都可作为原材料[3].再者，由于静电纺丝获得的纳米纤维具有比表面积较高的特性，因此其应用领域十分广泛[4-6],而具有多孔结构是将纳米纤维材料更好地应用于组织工程支架等领域的必要条件[7[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料-8].　　　　多孔纳米纤维材料是指内部具有不连续的孔洞结构或表面具有开放性孔洞结构的纳米纤维。多孔结构的形成赋予纳米纤维材料新的性能，如增大了比表面积，增强了疏水性能，降低了热传导率，从而扩大了它的应用范围。　　　　本文结合近年来静电纺多孔

4、结构纳米纤维材料的相关研究，对制备该材料的原理和方法进行分类、综述和分析，并对未来该材料的发展提出建议和展望。　　　　1自发成孔型多孔纳米纤维材料。　　　　自发成孔方式是指纳米纤维在形成的过程中，不需要增加任何后处理条件，自发地在纤维表面及内部，或纤维与纤维之间形成一些孔洞或缝隙结构。自发成孔的原理不同，将会导致在不同位置形成不同类型的孔结构，结果见表1.　　　　　　　　1.1[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料单纤维表面及内部自发成孔。　　　　单纤维孔结构的自发成孔是指高分子射流在电场中被高速拉伸，溶剂挥发，使得射流的浓度升高，温度下降，在二者的

5、共同作用下，射流由稳态进入亚稳态或不稳定状态，最终导致相分离，形成聚合物聚集区和溶剂聚集区，聚合物聚集区固化形成纤维的骨架，溶剂聚集区则形成纤维的孔洞。目前针对单纤维自发成孔，理论上主要提出了“呼吸图案”效应和相分离2种解释。　　　　“呼吸图案”效应是指由于溶剂（与水不相溶）挥发使射流表面温度下降，空气中的水蒸气凝结成液滴吸附于其表面，最后纤维干燥时，液滴挥发，留下凹孔状印痕，从而形成孔洞。Srinivasarao等[9]在制备聚苯乙烯（PS）薄膜时发现，PS膜上形成三维有序孔洞结构，并提出这是由于“呼吸图案”效应所致。由“呼吸图案”效应原理可知，环境湿度是影响孔洞结

6、构形成的重要因素，众多研究者对其进行了深入研究和分析。例如，Casper等[10]研究了环境湿度对静电纺PS/THF体系纳米纤维表面相貌（[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料主要包括孔洞数目、形状、直径及分布范围等）的影响。结果表明，当环境湿度超过30%时，纤维表面孔洞结构较为明显，其数目和直径随着环境湿度的增加而增大，且孔洞的分布密度也随之增大。Huang等[11]在研究湿度对静电纺纳米纤维表面形态和机械性能影响时发现，较大的湿度条件更易导致纤维表面孔洞结构的形成，但获得的纳米纤维机械强度较低，这主要是由于湿度较大时，会在纳米纤维上形成更多纳米级

7、微孔，从而弱化了纳米纤维的机械强度。Nezarati[键入文字][键入文字][键入文字]精选公文范文管理资料等[12]也研究了环境湿度对纤维表面形态的影响，同时也再次证实了“呼吸图案”效应的存在。以上湿度对成孔结构的影响都可运用“呼吸图案”机制来解释，但需要注意的是，水滴在静态的聚合物薄膜表面形成六角形阵痕迹，因此可得到有序介孔[9].而在静电纺丝过程中，射流始终处于一个三维曲面形式的运动状态，得到有序介孔相对较为困难。　　　　相分离是指由于某些原因诱导，使得聚合物溶液处于热力学不稳定状态，形成含聚合物较少的稀相和含聚合物较多的浓相，经过纺丝，含聚合