400-823-0080
info@biofabrication.cn     
当前位置: 主页 > 资料视频 > 经验技巧 > 好事还是坏事?--控制电纺纤维中的“串珠”结构

好事还是坏事?--控制电纺纤维中的“串珠”结构

经验技巧    2022-07-07 17:28

静电纺纳米纤维中有时会出现串珠结构,这些串珠结构被称为电纺纤维的“副产品”,会影响纳米纤维材料的性能。因此,大部分情况下,静电纺丝实验过程中都希望得到平滑的纳米纤维,避免出现串珠结构。但是,串珠所带来的微纳米复合结构也会带给材料不一样的性能。无串珠的平滑纤维还是有串珠的复合纤维,你到底想要哪一个呢?

 

出现串珠结构的原因

 

聚合物分子链在溶液中形成缠结,具有一定的黏度,是静电纺丝技术制备聚合物纤维的必要条件。当聚合物溶液射流在泰勒锥表面形成以后,射流在高压静电场中收到电场力的拉伸,当有足够缠结的分子链沿射流轴向取向化,能够平衡电场力的拉伸,保持射流的连续性,从而形成纤维。当缠结度不够时,射流无法保持连续,就会断裂形成串珠结构纤维。

 

结构形成的因素

 

1、聚合物相对分子质量

在聚合物浓度一定的情况,相对分子质量低时,聚合物射流在电纺过程中出现断裂,分子链未被充分拉伸取向化,会得到串珠结构纳米纤维。

图1、Mw对静电纺聚乙烯醇纤维形貌的影响(溶液浓度为25%)

 

2、静电纺丝溶液浓度和黏度

当聚合物相对分子质量固定以后,溶液浓度是影响分子链在溶液缠结的决定性因素。当静电纺丝溶液浓度和黏度较低时,溶液分子链缠结度不够,受力拉伸不均匀,分子链取向化协同不一致,也会产生串珠结构纤维。

图2 溶液浓度对静电纺聚苯乙烯纤维形貌的影响

 

3、聚合物溶液的电导率

聚合物溶液的电导率直接影响到纤维的形态,如果溶液的电导率低,射流受到的拉伸作用就较弱,容易获得串珠结构纤维

图3 NaCl添加对珠状纤维随净电荷密度变化的影响。

 

4、电压和聚合物溶液注射速度

溶液浓度一定的情况下,电压升高,射流的不稳定性增加,分子链断裂的几率也会增加,使纤维膜中的珠粒数增多,但是串珠之间的纤维直径减小。在聚合物溶液浓度和黏度较大时,电压和接收距离一定时,增加注射速度,纤维膜中容易形成串珠结构

图4 溶液注射速度对静电纺聚乙烯醇纤维形貌的影响(电压18Kv,接收距离15cm)

 

5、环境湿度

高湿度条件下,射流中溶剂的不易挥发,射流保持带电的流体状态,被电场力持续拉伸;在同样的时间间隔内,射流由于拉伸而直径减小,其表面积增加,单位电荷密度减少,射流轴向的不稳定性增加,导致形成串珠

图5 环境湿度对静电纺聚环氧乙烷纤维形貌的影响。

 

串珠结构的性能

虽然,部分研究者都希望制备出没有串珠的平滑且均匀的纳米纤维。但是,江雷院士却独辟蹊径,反向思考了串珠结构纳米纤维的性能。通过调控静电纺丝溶液的浓度,制备了含大量串珠结构的纳米纤维材料。研究结果表明,因含有大量串珠结构,制备的复合膜材料表现出稳定的超疏水性能,其中,多孔串珠结构在超疏水性中起主导作用,纳米纤维作为骨架对复合膜进行强化。

图6 通过调控浓度,制备含有串珠结构的纳米纤维膜。

 

综上可以看出,串珠结构并非一无是处。因此,串珠结构究竟是静电纺丝过程中的“副产品”,还是有助于改善材料性能,需要研究者不断重复实验进行验证。

所以,实验过程中的重现性非常重要!在选择静电纺丝机要尽量选择配备环境控制的机型,避免环境因素干扰实验过程,导致实验重现性不佳。

 

火狐官网登录入口ET-2535AC静电纺丝机在硬件配置上尤其增强对内部纺丝环境的控制。该型号类似手套箱的机型,加强了对内部纺丝环境的控制,可精准控制温湿度,实验重复性高。另外,环境湿度对串珠结构有一定的影响ET-2535AC静电纺丝机采用进口压缩机,可以高效调控湿度,从而很好的调控产品形貌,优化产品性能,得到最佳实验数据。

 

扫码查看图文介绍和视频

火狐官网登录入口ET-2535AC型号

设备特征及优势

 

• 静电纺丝/静电喷雾、同轴纺丝、溶液/乳液体系纺丝、纳米颗粒负载纺丝;

• 安全防护、适应消毒除菌清理;

• A4 尺寸膜样品,Y 轴移动均匀喷涂;1-4 喷头同时工作;

• 平面/ 管型/ 网格形态组织工程支架,药物释放体系、支架表面处理;

温湿度精准控制,避免环境干扰

实验重复性高,产品批次稳定,材质精良,经久耐用。

 

火狐官网登录入口作为静电纺丝行业大厂,品种齐全,可提供全方位服务,如:培训指导售后维修、合作研发和成果推广等。火狐官网登录入口设备性价比高,实验可重复性强,售后响应快,使用设备的用户发表了很多高影响因子的文章,比如Nano Energy、ACS Nano、Chemical Engineering Journal、Journal of Materials Chemistry A等等。因此,北京火狐官网登录入口静电纺丝机值得信赖!