碳納米纖維非織造布是一種很有前途的電極或過濾材料，但由于缺乏高通量的生產方法，其應用受到限制。在這項研究中，作者利用一種高效的高通量方法在專用基材上制備了聚丙烯腈（PAN）納米纖維非織造布。該方法利用旋轉力、空氣壓力和靜電力由旋轉鐘內邊緣向偏平收集器處制備纖維。作者研究了所有上述作用力對碳纖維前體PAN纖維的纖維直徑、形態和成束的影響。徑向力與面向收集器的力之間的相互作用會影響纖維沉積的均勻性。最后，通過熱處理將獲得的PAN納米纖維轉化為碳非織造材料。
圖1.加工參數對纖維直徑的影響。（a）PAN濃度mPAN（作為粘度的指標），（b）轉速ω，（c）電場強度V和（d）氣流p與所得PAN非織造布平均纖維直徑d的關系圖（請參閱補充信息中的實驗部分）。在（a-d）中，相對濕度保持在30％，I=150μA，mPAN=14wt％（a中除外），ω=30krpm（b中除外），V=70kV（c中除外）），p=0.75bar（d中除外）。在（a）中，必須對ω進行調整（從16增至26krpm，從而增加mPAN），以便能夠完全收集纖維。
圖2.徑向離心力和同軸定向氣流在纖維沉積圖案上的相互作用。鋁收集器尺寸為45×45厘米，拐角由白色三角形表示。
圖3.纖維位置對各種無紡布纖維直徑和纖維直徑分布的影響。（a）在鋁箔上沉積的無紡布的照片。沿箭頭的交叉點表示從無紡布中心到外圍的（b）取樣點。（b）繪制的纖維直徑與（a）中所示樣品中心點距離的關系圖（紅色：34krpm；黑色：22krpm）。（c-e）由c）mPAN=16wt％，（d）12wt％和（e）8wt％紡制的PAN納米纖維非織造布的SEM圖像和纖維直徑直方圖。（c），（d）和（e）中的比例尺代表10μm。
圖4.外加電流對纖維形態的影響：（a）75μA，（b）150μA和（c）300μA。（a），（b）和（c）中的比例尺代表30μm。
圖5.離心靜電紡絲生產的非織造布的碳化。（a）原始，（b）穩定和（c）碳化PAN非織造布的SEM圖像。（d）原始纖維，（e）穩定纖維和（f）碳化PAN非織造材料的纖維直徑直方圖。（g）平均纖維直徑隨熱處理溫度的變化。（h）原始（紅色），穩定（藍色）和碳化（黑色）PAN無紡布的紅外吸收率。（a），（b）和（c）中的比例尺代表3μm。
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