DOI:10.1038/s41598-020-74542-7
控制環境濕度水平，從而與靜電紡絲溶液射流的水分相互作用產生一系列有趣的聚合物纖維形態特征，這些特征包括纖維的表面褶皺、折痕和表面/內部孔隙率。在此，通過將遠場靜電紡絲（FFES）的文獻數據和近場靜電紡絲（NFES）的實驗數據進行互相關，作者提出了一種理論模型，該模型可以從現象學上解釋由溶解在水溶性或極性溶劑中的疏水聚合物組成的靜電紡絲溶液形成纖維微結構的原理。該經驗模型為溶劑蒸汽蒸發如何阻止或破壞水蒸氣在靜電紡絲射流上的冷凝提供了一項定量評估。因此，在發生蒸汽冷凝的情況下，纖維表面或主體將形成形態特征。對聚苯乙烯、聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚L-乳酸、聚己內酯等多種聚合物體系進行了測試和驗證。研究指出，就系統對環境濕度的敏感性而言，這與FFES和NFES的運行方式不同相關。本研究提出的模型可進一步用于指導創建所需纖維微結構的過程。
圖1.（a）膜澆鑄，（b）NFES和（c）FFES技術用于制備聚合物纖維氈和超細纖維結構的示意圖。
圖2.擬議方案展示了在兩種聚苯乙烯（PS）溶液系統的空氣/基質界面處水分（水蒸氣分子）和溶劑蒸氣分子之間相互作用的連續階段：（a）PS-THF系統，其中（i）澆鑄膜帶有光滑的表面紋理，（ii，iii）遠場靜電紡絲（FFES）制備的纖維帶有多孔表面紋理。（b）PS-DMF系統，其中（i）澆鑄膜和（ii）FFES纖維均具有相似的表面和內部不均勻性。
圖3.（a）圖像說明了由（i）PS-DMF溶液系統和（ii）PS-THF溶液系統制成的NFES聚苯乙烯（PS）纖維的不同表面微觀結構。（b）從Lu等人的FFES著作中重新獲得的PS纖維的微觀結構。（c）從Megelski等人的FFES著作中重新獲得的PS纖維的微觀結構。在（b和c）中，每個微結構都用一個標識符標記，并分為以下三類：黑色標簽表示光滑的纖維表面，紅色標簽表示多孔/有紋理的纖維表面，以及黃色標簽表示過渡（邊界）。（d）與不同PS纖維制備條件相關的Aw和`p的映射。正方形符號表示由（a）中與NFES相關的條件得出的值；圓形符號表示（b）中的FFES；三角形符號表示（c）中的FFES。WCA為水接觸角。（注意：紅色虛線表示Aw≈`p的過渡條件。如果從左手邊到右手邊越過該線，將穿過水相互作用區域到無水相互作用區域）。
圖4.（a）從Li等人的FFES著作中重新獲得的PMMA纖維的微觀結構。（b）從Bae等人的FFES著作中重新獲得的PMMA纖維的微觀結構。（c1和c2）從Putti等人的FFES著作中重新獲得的PCL纖維的微觀結構。（d）在不同FFES條件下與PMMA或PCL相關的Aw和`p的映射。圓形符號表示由（a）的實驗條件得出的值；三角形符號表示由（b）的條件得出的值；正方形符號表示由（c1）的條件得出的值；叉號表示由（c2）的條件得出的值。紅色虛線表示Aw≈`p的過渡條件。
圖5.本研究中引用的所有實驗工作的f值匯總。在條形圖中，邊界指示上限值和下限值，其中用于評估纖維微結構的所選值表示為條形值。插圖為FFES的進一步放大。
微信二維碼
