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纵观静电纺丝喷射启动情况

经验技巧    2021-09-18 13:45

静电纺丝喷射启动情况是怎样的

静电纺丝制备纳米纤维的研究过程发现:当由溶液表面上的电荷(正或负)产生的排斥力达到电场内的临界密度使得其克服溶液的表面张力时,开始静电纺丝。通过使用高压电源引起溶液上的电荷,并且电压通常大于6kV。在如此高的电压下,溶液液滴将形成泰勒锥,其中开始静电纺丝。通过喷射器上的库仑排斥力拉伸粘弹性聚合物溶液,然后蒸发溶剂,导致形成纤维。

静电纺丝喷射启动

在大多数情况下,通过将电荷直接施加到喷丝头来实现在喷丝头尖端和收集器之间产生电位差。然而,也可以通过仅向收集器施加电荷来启动静电纺丝[Kilic等人2008]。当仅对集电极施加高电压时,对开始静电纺丝所需的溶液施加电荷显然不太有效,这导致较差的纺丝结果,例如较大的纤维直径和较大的孔径分布[Kilic et al 2008 ]。Basu等人(2012)比较了在保持稳定的静电纺丝聚丙烯腈(PAN)溶液射流的情况下正电压施加对针头对负电压施加到收集器的影响。与Kilic等人(2008年)的观察结果一致,

喷射引发是将电荷引入静电纺丝溶液并使其经受电场的组合。虽然无论电压是施加到针还是收集器,电位差都是相同的,但溶液对电荷的获取取决于电荷的施加位置。当高电压施加到集电极时,溶液具有非常小的电荷,并且需要更高的电位差来拉伸溶液。然而,当通过针头向溶液施加电荷时,溶液将获得额外的电荷,这将对电场中的小增量产生强烈反应。因此,向收集器施加相反的电压应仅用于促进静电纺丝射流延伸而不用于喷射引发。

静电纺丝溶液中的电荷和电场的图示电荷和风的关系可以通过帆和风来说明,其中帆代表电荷,风代表电场。当粘弹性溶液附着在帆上时,吹向帆的风将拉伸粘弹性溶液。对解决方案收取更多费用意味着有更多风帆来迎风。风的任何轻微增加都将转化为更大的拉伸力。相反,当风帆较少时,

较强的风只会使拉伸力略微增加。

静电纺丝喷射启动图解

 

较强的风但较少的风将导致溶液拉伸的小幅增加

静电纺丝过程喷射启动

更多风将迎来更大的粘弹性范围

由于静电纺丝作为一种可控的纳米线跨电极直接写入的方法进行研究,因此可以更加注意射流在开始时的轮廓。在常规的基于喷丝头的静电纺丝中,其中溶液从开始以恒定的流速分配,静电纺丝喷嘴的尖端可以是大溶液滴而不是细尖。这将损害初始沉积点处纳米线的精度。为了克服这一限制,Xu等人(2015)使用具有低初始流速(10μL/ hr)的细针(内径:0.21mm)进行静电纺丝。在高速相机下观察静电纺丝聚环氧乙烷(PEO)溶液表明,当挤出溶液时,首先在喷射器的尖端形成微小的斑点。当喷射器伸长时,在电场的影响下,它开始围绕其伸长轴旋转。最后,斑点变薄并向收集器形成一个精细的射流。

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