通過靜電紡絲技術(shù)制備導(dǎo)電高分子納米纖維的研究進(jìn)展【文獻(xiàn)綜述】

1、文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述應(yīng)用化學(xué)應(yīng)用化學(xué)通過靜電紡絲技術(shù)制備導(dǎo)電高分子納米纖維的研究進(jìn)展摘要摘要靜電紡絲技術(shù)是一種新的技術(shù)，它可制備出直徑為納米級的纖維。由于本征態(tài)導(dǎo)電聚合物的難以加工性，靜電紡絲制備導(dǎo)電聚合物的過程與普通聚合物的制備過程有顯著的不同。本文綜合介紹了靜電紡絲制備納米纖維的研究歷史、基本原理及其影響因素。同時(shí)，重點(diǎn)介紹了靜電紡絲制備導(dǎo)電聚合物納米纖維的加工過程，并且對相應(yīng)導(dǎo)電聚合物纖維的應(yīng)用進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞靜電紡絲，納米纖

2、維，基本原理，影響因素隨著納米纖維技術(shù)的飛速發(fā)展，納米纖維技術(shù)已成為纖維科學(xué)的前沿和研究熱點(diǎn)。近年來發(fā)展了許多制備納米纖維的方法，如拉伸，模板聚合、相分離、自組織和靜電紡絲等，而靜電紡絲技術(shù)是目前制備納米纖維最重要的基本方法。由于能直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維，因而成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。1靜電紡絲研究歷史靜電紡絲研究歷史靜電紡絲可以認(rèn)為是帶電射流電霧化的一種變形［1］，當(dāng)溶液的黏度較小時(shí)，射流在受到電場力的作用后破裂為許多細(xì)小的液滴，液

3、滴的直徑介于微米和納米之間，目前電霧化技術(shù)主要應(yīng)用于噴墨打印、噴漆、納米離子的制備等領(lǐng)域；當(dāng)液滴的黏度較大時(shí)，就會形成纖維。靜電紡絲的研究歷史最早要追溯到19世紀(jì)末。1882年，Rayleigh認(rèn)為帶電液滴能夠穩(wěn)定的條件是其帶電量不能超過某一定值，這一數(shù)值稱為Rayleigh極限［2］。1915年，Zeleny［3］介紹了調(diào)整液體的電荷與表面張力的比例關(guān)系，可以使噴嘴尖端的小液柱失穩(wěn)，進(jìn)而分裂為離子或霧滴。1964年Tayl以完全導(dǎo)電的

4、液體為例，做出了開拓性的研究工作［4］，他認(rèn)為液體靜電霧化時(shí)，噴嘴尖端會形成一錐形液柱，稱為泰勒錐(Taylercone)。此外，靜電紡絲技術(shù)在1930年就有了專利是人們早已知曉的一項(xiàng)技術(shù)［5］。20世紀(jì)90年代以來以美國為中心盛行關(guān)于納米纖維形成機(jī)理和應(yīng)用方面的研究近年來日本也對其予以極大的關(guān)注。近年來人們之所以對靜電紡絲感興趣，主要是因?yàn)榕c傳統(tǒng)紡絲方法相比，該方方法概括如下：4.1導(dǎo)電聚合物直接進(jìn)行靜電紡絲制備微納米纖維導(dǎo)電聚合物直

5、接進(jìn)行靜電紡絲制備微納米纖維原則上，導(dǎo)電聚合物應(yīng)該能直接進(jìn)行靜電紡絲，然而，由于導(dǎo)電聚合物的難溶性，只有少數(shù)可溶解的導(dǎo)電聚合物可以直接用靜電紡絲制備納米纖維，例如用摻雜硫酸的聚苯胺(PANI)［8］，摻雜2丙烯酰胺基2甲基1丙烷磺酸(AMPSA)［9］的聚苯胺化翠綠亞胺(EB)和摻雜十二烷基苯磺酸(DBSA)［10］的聚吡咯(PPy)。盡管聚（P型苯乙烯）(PPV)是另一種重要的導(dǎo)電聚合物，但它的難溶性使其難以通過靜電紡絲制備納米纖維，

6、但是Okuzaki［11］提出了一個(gè)獨(dú)創(chuàng)的通過靜電紡絲制備PPV納米纖維的方法：首先將可溶解的PPV前軀體（聚對二甲苯四氫噻吩鎓氯化物)通過靜電紡絲得到納米纖維，隨后在真空條件下加熱到250℃并保持12h后，前軀體纖維轉(zhuǎn)變成為PPV納米纖維。4.2導(dǎo)電聚合物和其它聚合物的混合物的共紡導(dǎo)電聚合物和其它聚合物的混合物的共紡導(dǎo)電聚合物和傳統(tǒng)聚合物的混合物是更好的靜電紡絲原料。傳統(tǒng)聚合體可以輔助導(dǎo)電聚合體纖維的形成并且可以作為納米纖維形成的支撐

7、材料。然而需要說明的是，基體聚合物的選擇和數(shù)量對最終產(chǎn)物的形態(tài)和性能起決定性作用，如果導(dǎo)電聚合物部分的量太少，則所得纖維的電導(dǎo)率較低，相反如果基體聚合物部分的量太少，則靜電紡絲的過程將會變得異常困難。在傳統(tǒng)的聚合物里面，聚乙烯氧化物(PEO)是非常容易進(jìn)行電紡的，因而廣泛用于導(dǎo)電聚合物共混物的靜電紡絲。通過改變導(dǎo)電聚合物和PEO在混合物中的比率，合成納米纖維的電導(dǎo)率和直徑可以得到很好的控制［12］。另外，導(dǎo)電聚合物納米纖維中的小孔可以由

8、PEO填充［13］。因?yàn)殪o電紡絲后的PANIPEO納米纖維具有較大的比表面積和統(tǒng)一的直徑，所以可以作為化學(xué)傳感器用于檢測乙醇和氨氣。4.3纖維模板法制備導(dǎo)電聚合物纖維纖維模板法制備導(dǎo)電聚合物纖維纖維模板法是一種制備同軸導(dǎo)電聚合物纖維的方法。靜電紡絲聚合體納米纖維為多孔導(dǎo)電聚合體無紡織物的形成提供了一個(gè)結(jié)實(shí)穩(wěn)定的模板，目前，有兩個(gè)方法常被用于在多孔材料表面制備導(dǎo)電聚合物，一個(gè)是氣相聚合作用，另一個(gè)是溶液聚合作用。4.3.1氣相聚合氣相聚合