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电纺纳米纤维的结构与形态

通过旧金山的查4分钟阅读
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静电纺丝技术的美妙之处在于它可以生产不同结构组织和形态的纤维,以满足其应用需要。研究人员和工业将纤维应用于药物输送、组织工程、能源存储、纺织和不同介质的过滤等领域188金宝搏app安卓下载。纤维的结构和形态是一个非常重要的参数,当需要一致和可重复的性能时,需要严格控制。静电纺丝技术允许使用不同的材料,如天然和合成聚合物,以及不同类型的溶剂,如水和有机溶剂,来正确地设计样品并获得所需的性能。下面我们展示了一些预先确定的结构纤维组织和形态,通过使用我们的Fluidnatek系统,可以以可重复和一致的方式实现这些结构纤维组织和形态。

单相静电纺丝vs同轴静电纺丝

用这种技术创造的最常见的材料结构是单相和同轴纤维。在单相中,纤维仅由一种结构组成,该结构可由但不限于一种材料或一种材料与生物活性物质的混合物组成。虽然这克服了不同技术的局限性,不允许热不变性产品的过程,一些生物活性材料需要保护,免受暴露的环境。例如,当一个静电纺丝纤维需要含有一种可能会失活的药物时在活的有机体内在实现其及时的功能之前,可以实现一个核-壳结构。通过这种方式,药物将被包裹在纤维的核心中,让外壳保护它免受严酷的考验在活的有机体内在它的生物作用之前。核壳纤维的其他用途包括抑制气味,形成中空纤维,控制药物传递和无机纤维生产。用静电纺丝技术生产纤维,由三个或更多相组成的多轴纤维也成为可能。

3种不同的配置光纤生产
在纤维生产过程中,采用单相、同轴和多轴结构来合理设计结构组成。

溶剂对纤维性能的影响

静电纺丝技术的通用性允许通过控制控制纺丝过程的不同参数,在纤维生产前、生产中或生产后,很容易地将纤维形态调整到所需的规格。最常见的一种情况包括使用两种不同沸点的溶剂来旋转同一种聚合物。例如,在下图中,我们用丙酮(左)和二氯甲烷(右)纺制聚己内酯(PCL),同时保持所有其他参数不变。可以看出,使用较低沸点的溶剂可以显著改变纤维形态,增加纤维直径,由于纺丝过程中二氯甲烷的快速蒸发,使纤维表面粗糙。这不仅影响了样品的形貌,而且也影响了其力学性能,并由于其表面的小孔隙率将提高细胞的增殖。

纤维直径和聚合物纤维表面粗糙度的差异
在生产过程中,选择性地使用聚合物溶液中的溶剂来增加纤维直径和表面粗糙度。

纤维加工后的目标性能

在不改变主188金宝搏app安卓下载要聚合物的情况下,需要一些需要更强机械性能的应用。为此,纤维形态也可以通过烧结到聚合物熔点以下来控制纤维生产后的形态。这将产生一种纤维-纤维粘接,在拉伸或压缩时通过阻止纤维运动来增加样品的机械性能。下图显示了在58℃和59℃烧结聚己内酯纤维,以增加纤维与纤维的粘结,同时降低孔径和孔隙率。

聚己内酯在58和59摄氏度烧结
聚己内酯在58°C(左)和59°C(右)烧结以提高力学性能。

当纤维同时由两种或两种以上的材料制成时,纤维形态可以通过选择性地去除一种经过特定处理的聚合物来裁剪。下面的例子是聚己内酯-聚对苯二甲酸乙二醇酯,混合纤维经过丙酮处理,选择性地去除聚己内酯,形成更粗糙的表面,类似于通常用于组织工程应用的胶原纤维。188金宝搏app安卓下载

聚合物混纺纤维
通过选择性去除聚合物共混纤维中的一种聚合物来提高表面粗糙度。
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