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纳米纤维材料特点及应用

发布日期:2021-03-13 访问次数:129

总结纳米纤维材料特点及应用

  
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静电纺丝

 

纳米纤维

纳米纤维直径一般在几个纳米到几个微米之间,极细的纤维直径使得纳米纤维具有极高的比表面积,因此具有极高的表面吸附性能;另一方面,由极细的纳米纤维构成的纤网、薄膜或非织造布又具有极小的孔隙尺寸和极高的孔隙率(低空气阻力)及静电驻留性,因此在表面吸附、过滤隔阻等方面具有广泛的应用,例如气体过滤、液体过滤、吸声防噪、生物医疗、能源电子、航空航天、农业防护、战争防护、食品安全、化妆品、纳米纤维增强复合材料等领域,部分应用如图3所示。具体包括:

1)气体过滤—工业气体、汽车发动机空气过滤以及汽车尾气过滤;

2)液体过滤—食品和药品过滤、血液过滤、海水淡化、水处理等;

3)特种防护—生化防护服、防毒面具、医疗防护服、特种工作服等;

4)能源电子—储能材料和电池隔膜;

5)生物医疗—生物传感器、组织工程支架、创伤敷料、药物传输载体、人造器官/血管,手术缝合线、医用口罩等等;

6)其它应用—包括吸声防噪、化妆用品、太阳镜、太阳帆等。

    

纳米纤维应用举例,从左到右分别为空气过滤、食品过滤、防毒面具和创伤敷料

美国的Donaldson公司已经在30年前就将静电纺纳米纤维材料用于工业气体过滤、液体过滤、发动机空气过滤、洁净室空气过滤,其含有纳米纤维层的空气过滤器如图3左一图所示。前苏联早在五、六十年代就将静电纺纳米纤维材料应用于工业气体和液体过滤以及食品和药品过滤,并且用于金星周围大气内容物的样本采集,以便对金星大气成分和星球组成进行分析研究。自2003年起,捷克的Elmarco公司与利伯希大学联合开发了纳米蜘蛛静电纺丝技术,首次在全球实现了静电纺丝设备的工业化,其纳米纤维产品已经商业化用于防护口罩、吸声防噪等领域,带动了全球静电纺丝技术的研发热潮,促进了静电纺丝技术规模化的进一步发展。杜邦公司已经将静电纺丝技术用于开发聚酰亚胺纳米纤维材料,商品名称为DuPont™ Energain®,用于建筑上的防护保温隔膜,可以极大地减少空调能源的浪费;该技术同时可用于电池隔膜,大幅度提高车用动力锂电池性能。

DuPont™ Energain®纳米纤维材料用于动力锂电池隔膜

***近几年,欧美日韩等发达国家不惜重金投资支持静电纺纳米纤维材料开发相关的重大研究项目,成果拟用于生物医学、战争防护、和储能媒介等方面,例如药物/生物酶载体、生物传感器、组织工程支架、人造皮肤和假体、防毒面具、生化防护服、特种防护服、超级大电容、动力锂电池隔膜、功能材料以及储能材料(例如储氢)