聚乳酸纳米纤维的定向电纺丝技术(3)
这个过程可以通过射流经历的三种物理不稳定流动类型来解释[14,15]。这些不稳定性影响所沉积的纤文的尺寸和几何形状。第一不稳定性，也被称为瑞利不稳定性，是轴对称的并且当电场强度较低时或当溶液的粘度低于最佳值时发生。粘度非常低的溶液发生喷射破裂并导致珠上纤文形态的产生的原因是由于使用了粘度非常低的溶液。这归结于溶液中低的链缠结密度和对静电场的抵抗不足。在高电场（高电荷密度）下或者当使用浓度较高的聚合物溶液时，瑞利不稳定性会被抑制。
在经历由瑞利不稳定性控制的初始的直线路径后，该聚合物射流将由另外两种不稳定性影响：弯曲和搅打不稳定性。这些不稳定性的出现是由于出现在此射流中的多余电荷之间的电荷-电荷斥力造成了射流的变薄和伸长。在高电场力作用下，射流是被弯曲（轴对称）和搅打不稳定性（非轴对称）所控制，这导致了射流以“逆锥形”喷射方式运动。它在射流中产生了波状或者哑铃型图案。这种搅打不稳定性产生使射流弯曲的力，从而形成一个伸张程度高的射流[18,19]。在这些过程中，溶剂蒸发，并最终导致了在导电接地电极上超细纤文的沉积。
1.3 纤文的取向性及其收集方法
经实验测定，收集器的性质对纺出纤文的形态和物理特性有着显著的影响。
静电纺丝所产生的纤文可以被专门设计的收集系统进行收集，以便获得取向一致的纤文或者是纤文阵列。最近，研究人员集中研究了通过利用机械和静电方法来控制静电纺丝过程以实现高度有序排列的纤文。取向纤文已经在许多工程应用中产生了重要作用，诸如组织工程，传感器，纳米复合材料，过滤器，电子器件。
1.3.1 转筒收集器
该电纺丝过程的原理是设置了一个如图1.3.1所示的转筒收集器。此方法通常用于收集定向阵列纤文。此外，该纤文的直径可以根据转筒的旋转速率来控制和定制[20,21]。圆柱形转筒能够以高速旋转（数千转每分钟）并且可以在圆周上进行对纤文的取向。理想情况下，该旋转滚筒的线性速度应与所用溶剂的蒸发速率相适应，以使得纤文能够沉积并能在滚筒上卷绕。纤文的取向是由转筒诱导的并且其定向度随转速的提高而增大。在比纤文的卷绕速度小的旋转速度时，在转筒上会获得随机取向的纤文。在更高的速度时，离心力在接近转筒圆周的附近产生，其会在纤文被收集之前对其进行拉伸[22,23]。然而，在更高的速度下，卷绕速度打破了沉积的纤文射流，此时则无法收集连续的纤文。
图1.3.1转筒收集器装置示意图
1.3.2转盘收集器
转盘收集器对转筒收集器进行了改进的装置，它被用于获得单轴取向的纤文。图1.3.2展示了这种常见装置。使用转盘收集器比使用转筒收集器的优点是大多数纤文会沉积在有锋利边缘的转盘上并且会收集对齐排列的纳米纤文[22,23]。
使用转盘作为收集器时，射流以一个锥形和逆锥形路径运动，这相对于使用转筒收集器时所得到的圆锥形路径。在第一阶段期间，射流会沿通常的包络锥形路径运动，这是由于不稳定性对射流的影响。在转盘上的一个点，当射流圆锥形开始收缩，回环的直径开始也随之减小。这个结果导致了锥体外观的倒置，使得圆锥的定点到了转盘上。施加的电场集中在圆盘的锥形边缘，因此，带电的聚合物射流被拉向转盘的边缘，这解释了在转盘边缘的倒置的圆锥状射流。这些被吸引向转盘边缘的纤文受到由于转盘转动所产生的切向力，使得其向转盘边界缠绕。这股力量进一步拉伸纤文并且使其直径减小。利用转盘得到的取向纤文的质量要比转筒法得到好得多；但是，由于盘的前端只有一小区域，这种方法只能得到少量取向的纤文。