納米纖維

納米纖維的制造，大體可分為3大類。

1、分子技術(shù)制備法 ，報導(dǎo)較多的是單管或多管納米碳管束的制備，其制備方法主要有3種：電弧放電法、激光燒蝕法和固定床催化裂解法。前兩種方法因有多種形態(tài)碳產(chǎn)物共存，分離、純化困難。電弧放電法將石墨棒置于充滿氫氣的容器內(nèi)，用高壓電弧放電，在陰極沉積成納米碳管。固定床催化裂解法由天然氣制備納米碳管，將氣體在分布板上有用活化了的催化劑吹成沸騰狀態(tài)，在催化劑表面生長出納米碳管。這種方法工藝簡便，成本低，納米碳管規(guī)模易控制，長度大，收率較高，但該方法中催化劑只能以薄膜的形式展開。

2、紡絲法制備法 這種方法又可分為聚合物噴射靜電拉伸紡絲法、海島型多組分紡絲法和單螺桿混抽法。用單螺桿混抽法可制得0.001dtex（約10nm）的纖維。

3、生物制備法 這種方法是利用細(xì)菌培養(yǎng)出更加細(xì)小的纖維素。我國科學(xué)家由木醋桿菌合成的納米級纖維素不含木質(zhì)素，結(jié)晶度高，聚合度高，分子取向好，具有優(yōu)良的機械性能 。

納米纖維的用途很廣，如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩(wěn)定的氣體薄膜，制成雙疏性界面織物，既可防水，又可防油、防污；用納米纖維制成的高級防護服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過，具可呼吸性，還能擋風(fēng)和過濾微細(xì)粒子，對氣溶膠有阻擋性，可防生化武器及有毒物質(zhì)。此外，納米纖維還可用于化工、醫(yī)藥等產(chǎn)品的提純、過濾等。

制造納米纖維的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自組裝、微相分離、靜電紡絲等。其中靜電紡絲法以操作簡單、適用范圍廣、生產(chǎn)效率相對較高等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。

納米纖維是指纖維直徑小于1000納米的超微細(xì)纖維。如今很多企業(yè)為了商品的宣傳效果，把填加了納米級（即小于100 nm）粉末填充物的纖維也稱為納米纖維。

最細(xì)的納米纖維為單碳原子鏈，我國科學(xué)家已能制造出直徑小于0.4nm的碳管，處于世界領(lǐng)先水平。這種納米碳管被譽為納米材料之王，其原因這種細(xì)到一般儀器都難以觀察到的材料有著神奇的本領(lǐng)：超高強、超柔韌、怪磁性。因碳納米管中碳原子間距短，管徑小，使纖維結(jié)構(gòu)不易存在缺陷，其強度為鋼的100倍，密度只有鋼的1/6，是一般纖維強度的200倍，用它作的繩索可以從地球拉到月球而不被自重拉斷；它有奇異的導(dǎo)電性，碳納米管既有金屬的導(dǎo)電性也有半導(dǎo)體性，甚至1根納米管上的不同部位由于結(jié)構(gòu)變化也可顯示不同的導(dǎo)電性。用它作成整流管可替代硅芯片，因而將引起電子學(xué)中的重大變化，可將計算機做得極??；用碳納米管作出的納米器件可組裝納米機器人，蚊子飛機、螞蟻坦克等。碳納米管可用來作儲氫材料，把氫開發(fā)成為人類服務(wù)的清潔能源。此外，碳納米管還可用作隱形材料、催化劑載體及電極材料等。納米纖維可以支持"納米機"的排列，把集成排列的"納米機"連接成大規(guī)模系統(tǒng) 。

納米纖維到底有何特點，多數(shù)材料小到以納米論長短時，其本身的物理和化學(xué)性能將有所改變，主要表現(xiàn)在：

1、表面效應(yīng) 粒子尺寸越小，表面積越大，由于表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩(wěn)定，易與其他原子結(jié)合，顯出較強的活性。

2、小尺寸效應(yīng) 當(dāng)微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導(dǎo)電子的德布羅意波長和超導(dǎo)態(tài)的相干長度透射深度近似或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學(xué)性質(zhì)將會改變，如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、屏蔽電磁波等。

3、量子尺寸效應(yīng) 當(dāng)粒子尺寸小到一定時，費米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級，此時，原為導(dǎo)體的物質(zhì)有可能變?yōu)榻^緣體，反之，絕緣體有可能變?yōu)槌瑢?dǎo)體。

4、宏觀量子的陽隧道效應(yīng) 隧道效應(yīng)是指微小粒子在一定情況下能穿過物體，就像里面有了隧道一樣可以通過 。

2012年8月，英國愛丁堡大學(xué)發(fā)布公告稱，研究人員觀察了各種長度的納米纖維在實驗鼠體內(nèi)引發(fā)癌癥病變的情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)長度5微米及以上的納米纖維引發(fā)癌癥的風(fēng)險較大，如果低于這個長度，則致癌風(fēng)險要小很多 。

《靜電紡絲與納米纖維》以靜電紡絲技術(shù)的理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹了靜電紡納米纖維的種類與結(jié)構(gòu)、功能化應(yīng)用及批量化制造。內(nèi)容涉及靜電紡絲技術(shù)的起源、發(fā)展以及基本原理；靜電紡納米纖維的種類、結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)、表面功能化修飾技術(shù)；靜電紡納米纖維在生物醫(yī)學(xué)、過濾、個體防護、傳感、自清潔、催化、能源、光電磁、復(fù)合增強、食品工程、化妝品等領(lǐng)域的應(yīng)用研究；靜電紡納米纖維批量化制造設(shè)備及技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀?！鹅o電紡絲與納米纖維》可供靜電紡絲和納米纖維材料領(lǐng)域的研究人員閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

本書依據(jù)作者研究團隊首創(chuàng)的聚合物熔體微分靜電紡絲技術(shù)以及國內(nèi)外納米纖維靜電紡絲的最新研究進展，從工藝的角度出發(fā)，著重介紹了熔體靜電紡絲技術(shù)的原理、模擬分析及工藝進展，并介紹了熔體靜電紡絲的工業(yè)化技術(shù)及應(yīng)用，最后對聚合物納米靜電紡絲技術(shù)的未來進行了展望。

本書可供從事納米纖維靜電紡絲及其相關(guān)領(lǐng)域研究的人員及高等院校相關(guān)專業(yè)學(xué)生參考使用。