讲座现场

 

 

    静电纺丝是用静电来进行纺丝的，和纳米纤维进行结合。

    因为静电纺丝纺出来的丝大部分都是属于纳米数，所以也是一个纳米纤维的概念。

 

 

 

 

一、纳米材料与纳米纤维

 

    广义上讲，在三维空间中至少有一个维度，它处于纳米尺度上，通常认为100纳米以下就是纳米尺度，这就是纳米的概念。

 

    纳米材料的基本单元可以分为基本的三类：

    1、零维    2、一维    3、二维。

 

    一维纳米材料是纳米材料的一个重要分支，不仅具有通常纳米材料具有的表面效应、量子尺寸效应和小尺寸效应，还具有优异的热稳定性和力学性能。

 

    一维纳米材料加工方法：气-固生长法、气-液-固生长法、液-液-固生长法、水热合成法、模板法等。

 

    纤维的几何特征：（1）较大的长径比（>1000），如蚕丝和化学纤维长丝都认为无穷大；（2）直径较小，这是柔韧性的必要条件。

 

    纤维超细化是一个重要方向。普通纤维直径5-50um,蚕丝直径4-5um；纳米纤维的尺寸较广，广义上，1um以下的纤维均科称为纳米纤维。

 

    传统加工方法如熔融纺丝、溶液纺丝、液晶纺丝和胶体纺丝等得到的纤维直径范围一般在5-500um,无法获得直径小于100um的纤维。

 

 

二、电纺与电喷

 

    电喷技术：在高压静电场下，导电液滴能够发生高速喷射的现象，获得聚合物微球。聚合物的静电法应用大概分成加工方面和表征方面，是借助了二氧化碳，把二氧化碳的前驱体放在一些聚合物里面，然后进行水解，吸附水蒸汽之后，本身的电学性能就会发生改变。

 

    静电纺丝：可以认为是带电射流电雾化的一种变形。当液体的粘度较小时，射流在受到电场力的作用后破裂为许多细小的液滴，液滴的直径介于微米和纳米之间，当液滴的粘度较大时，就会形成纤维。

静电雾化与静电纺丝过程示意图

 

 

三、基本设备

 

    静电纺丝的基本设备包括：高压电源、喷丝头、接受装置

 

    喷丝头是作用就是在纺丝过程中产生纺丝小液滴，提供射流激发位点，一般分为无针头和针头两种喷丝体系。针头体系根据针头数量和形式的不同，还可以进一步分为单头、同轴、并列、多头等不同的形式。

 

 

    接受装置用于收集电纺纤维，常规接收装置主要包括平板、滚筒、间隙收集装置、转盘、金属丝鼓、凝固浴等。根据喷丝头及接收装置间是否存在相对运动，可分为静态接收装置和动态接收两种接收方式。

基本设备示意图

 

 

四、静电纺影响因素

 

    静电纺丝的过程很复杂，许多因素都会影响纺丝的微观形态。

 

    1、聚合物溶液性质：

    聚合物的相对分子量、溶剂性质、聚合物浓度与黏度、电导率、溶解度等；

    2、过程参数：

    电压、进料速度、针尖直径、纺丝接收距离、接收器的类型等；

    3、环境参数：

    环境参数、湿度和空气流速等。

浓度影响示意图（聚己酸内酯静电纺丝纤维）

 

 

五、静电纺丝的应用前景

 

    静电纺丝的应用前景很广泛，会涉及到国防与安全、能暖与电子学领域、环境能源与生物技术、生物工程、加工、表征、艺术等。

 

    关于蚕丝的一些应用，我们可以利用蚕丝的纤维形态作催化剂，比如说把他重新做成溶液，做成溶液之后电纺、胶模具等各种各样的形态。还可以把它碳化。蚕丝里面的碳和直接得到那个碳有一定的差异性，因为它里面含氨基酸含有蛋白，氮元素就同时掺杂到碳里去了。

 

蚕丝作为功能材料载体示意图

蚕丝制作溶液示意图

 

......

 

 

#提问环节

 

应歆珣提问

 

刘嘉琛提问

 

问：您对于纤维的一个具体的定义是什么？是微米级的个体还是由它所组成的宏观物体？

 

谷长栋：可能更关注的是形态上，就是它的直径要足够的小，如果像柱子一样粗的，我们不大会认为它是一种纤维。可能就是毫米级或者说再小一点，更认为是纤维的状态。当然，如果用更大的视角去观察一些街道，比如说从太空里看，它也会变得像纤维的状态，要看你的视角是如何理解这些，我们研究的可能就还是关注一些比较细小的，更微观的一些东西。

郭耀先提问

 

问：您有没有遇到过因为技术壁垒所造成的困难？

 

谷长栋：我们工科同行之间的壁垒基本上很少，因为大家研究的东西，都还是有一定的套路在里面的。材料不外乎就是，它是由什么构成的，它的化学组成，它是怎么成型的，它有什么样的性能，基本上就是这三点相互之间的关联特性，除了化学组成可能还有晶体结构，原子构成晶粒，晶粒构成整个块体。像你们做一个铜的雕塑，去雕塑，去铸造，我们也有专门的铸造专业，但是我们铸造出来的东西，和你们的艺术品是完全不一样的。隔行确实很难把它操纵，就比如一个雕塑，我们可能关心它放到户外有没有防腐性能，它是怎么成形的，它里面的化学元素会不会在外界的侵扰之下有一些改变，它的实效性能怎么样，我们关注的是这些点。艺术家赋予它一些人文方面确实是有难度，我们铸造出来的东西和艺术类是完全不一样的。之前想申请一个文物保护的课题，倒是对这些关注过几次，因为我本身专业是防腐的，可能涉及到一些这方面的内容，但实际要我去接触这些我还没有去尝试，因为我们可能更关注的是我所做的这个涂层对这个文物有没有一个防护，这个可能要进行验证吧，能不能做到艺术品上这个确实未知，但也是很感兴趣，可能需要一个结合点切入进去。之前我们和一个制作铜箔的企业进行交流时提出了一个问题：在铜箔表面进行一个防护用一个什么涂层，我曾经借鉴了好几本书，确实有一些相关记载。这说明我们和这方面有一些关系，但不是特别大，想去接触还是有一定难度。需要找相应的产品、相关的资料、多次的实验等等。这个是将来一个很好的研究方向。说到这里，纳米技术涂料是有一些痛点的，使用寿命和疏水性的一些问题，对于中国雾霾严重的时候，这种微纳结构比雾霾的结构要大，雾霾会粘上去，之后会改变微纳结构。整个过程不管是颗粒也好纤维也好，要满足两个方面，每个方面有一个原因都会破坏掉整个的结构导致失效。我们一群同行都在做相关的工作，这个耐久性确实是一个大问题。

 

讲座现场

 

 

 

 

#后续

 

浙江大学研究生李想给同学们讲解静电纺丝的过程

 

浙江大学谷长栋老师给同学们介绍设备与其原理

 

 

 

 

项目主讲人

谷长栋 / Gu Changdong

 

1978年生于山东济南，浙江大学材料科学与工程学系副教授,博士生导师。

 

从事科研工作，致力于表面技术研究，具体有以下四个研究方向：纳米材料加工技术；储能材料、薄膜与涂层材料；离子液体及电化学研究。

 

2000年~2007年

-于吉林大学获得工学学士学位 

-于吉林大学获得工学博士学位 (2007年)；

 

2007年~2009年

-于香港科技大学机械工程系从事博士后研     究工作

 

2009年9月

-加入浙江大学材料科学与工程学院金属研   究所，从事教学科研工作。

 

成就

-发表SCI检索论文100多篇

-主持6项国家级、省部级科研项目，

-入选Elsevier科技部中国区发布的2016-   2019年中国高被引学者榜单（材料科学领   域）。

 

 

讲座海报 

论坛三：“静电纺丝与纳米纤维”

Electrospinning & Nanofibers

 

项目策划，主持：应歆珣

项目主讲：谷长栋

项目助理：周雨奇，毛宇，史泽晖

主办：雕塑与公共艺术学院纤维艺术系

Program Planning, Host: Ying XinXun

Project Speaker: Gu Changdong

Project Assistant: Zhou Yuqi, Mao yu, Shi Zehui

Organization: Fiber Art Department, Sculpture and Pulice Art School

 

 

 

以上主讲人照片和介绍均由主讲人本人提供

文案整理：周雨奇、郭丹文

海报设计：辛齐

编辑:：毛宇

摄影：辛齐、毛宇

审核：应歆珣