聚乳酸纳米纤维的定向电纺丝技术(2)
2.2.1 溶液浓度对纤文形态的影响 10
2.2.2 溶剂对纤文形态的影响 11
2.2.3 纺丝电压对纤文形态的影响 13
2.2.4 接收距离对纤文形态的影响 14
2.2.5 取向PLLA纤文的制备及其形貌分析 16
2.2.6 具有凹槽结构电极表观形貌分析 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21
1 绪论
1.1 引言
结构和功能强大的微量级小型化器件的出现，促使了新颖的聚合物纳米纤文的发展[1]。由于静电纺丝的多功能性，易操作性，以及对纤文结构调整和纤文直径的控制能力，静电纺丝已经成为了一个有效的生产高强度纤文的技术。正是由于这些独特的性能，静电纺丝技术能达到常规纤文处理技术无法达到要求[2-9]。
静电纺丝的一个主要应用领域就是生物医学领域。人的大多数组织、器官在形式和结构上与纳米纤文类似，这为纳米纤文用于组织和器官的修复提供了可能。同时，一些静电纺丝材料具有很好的可降解性和生物相容性，这个优势促使纺丝纤文材料作为一种载体进入人体，并较容易被讲解吸收；加之静电纺丝纳米纤文具有较大的比表面积、孔隙率等优良特性，因此，其在生物医学领域引起了众多研究机构的持续关注，并已在创伤修复、生物组织工程、药物缓释等方面得到了良好的应用[10]。
1.2 静电纺丝理论
电纺或静电纺丝是一种利用高静电力牵引生产微纳米纤文的有效技术。静电纺丝首先由Formhals提出。1934年Formhals[11]最早设计了纺丝的工艺条件与装置，并且随后申请了一系列专利。这些利用高压电来制备纤文的描述详细的专利，被后人认为是静电纺丝技术的开端。后来美国阿克隆大学教授Reneker[12,13]对静电纺丝工艺进行了更加深入而且广泛的研究，使得这种技术重新流行起来。可以这么说，通过静电纺丝技术制备纳米纤文材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。
静电纺丝技术采用的是高电压（约10-20千伏），利用电场使得聚合物溶液带电以制造超细纤文（直径范围从几纳米到大于5微米）。图1.1显示了基本的静电纺丝装置的示意图，它基本上由一个吸液管或填充了聚合物溶液的注射器，一个高压电源和一个接地的导电收集器组成。此外，通过微量注射器泵可以控制聚合物溶液的流速。
图1.1 静电纺丝装置示意图
注射器的针管通常用作电极来使得聚合物溶液带电，同时反相电极连接到收集器上。在较强的静电场作用下，聚合物溶液在电场中感应产生电荷，并且带电的聚合物加速朝接地的金属收集器上运动。在较低的电场强度下，注射器尖端会出现悬滴，这是由于溶液的表面张力阻止了其滴落[14-16]。随着电场强度逐渐增加，在聚合物溶液表面产生的感应电荷相互排斥，并产生了剪切应力。这些排斥力向液体表面张力的反方向作用[17]，导致悬滴液扩展并且形成一个圆锥状，成为了一个尖端。
该过程可以由图1.2来说明。当达到临界电压时，聚合物溶液和由电场产生的剪切力所构成的二力平衡被打破，带电射流从锥形的顶角发散。未带电的射流在未沉积在收集器之前，其直径减小长度增加。
图1.2 泰勒锥形成的示意图：（A）在电场的作用下，聚合物溶液中的表面电荷产生诱导（B）垂滴的伸长（C）由于电荷间斥力，悬滴的形式变形成泰勒锥。在这个锥中有一个良好射流尖端。