纖維孔隙形成機理
“呼吸圖案”效應
“呼吸圖案”效應是指由于溶劑( 與水不相溶)揮發使射流表面溫度下降，空氣中的水蒸氣凝結成液滴吸附于其表面，最后纖維干燥時，液滴揮發，留下凹孔狀印痕，從而形成孔洞。
氣相誘導相分離
氣相誘導相分離是指聚合物溶液處在由水蒸氣等組成的氣相環境中，水蒸氣等滲透至溶液內部，引起聚合物溶液發生相分離。
以非水溶性聚合物為原料進行靜電紡絲的過程中，周圍環境的水蒸氣易滲透至射流內部誘導引發相分離，從而產生孔洞結構。
熱致相分離
熱致相分離是指當聚合物溶液體系在某一特定溫度范圍內，就可能出現相分離的一種現象。
溫度較高時，溶劑揮發速度較快，導致沒有足夠的時間發生相分離而形成孔洞結構; 反之，溶劑揮發速度較慢，更易發生相分離，形成多孔結構。
非溶劑誘導相分離
非溶劑誘導相分離是指將聚合物溶解在非溶劑/溶劑的混合溶劑中，形成三元體系溶液，非溶劑比溶劑有較高沸點，隨著溶劑的揮發，非溶劑與聚合物發生相分離。
圖中圓形孔洞的纖維主要是PCL，孔洞是由成核和生長機制形成的。
多孔無機纖維制備方法
多孔碳基纖維可以通過將金屬化合物摻入到主體和前驅體溶液中來獲得。
Yu等人用靜電紡絲PAN/PMMA/Sn(II)八酸酯共混液制備了直徑約3mm的CFs膠囊。通過250°C固化，由PMMA降解和辛酸錫(II)氧化得到含有氧化錫的多孔PAN纖維(SnOx)。進一步的碳化使碳纖維的形成保持了多孔結構。
J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 15984–15985.
多孔二氧化鈦纖維：Chen等人利用微乳液前驅體系制備了具有內孔結構的TiO2纖維，以石蠟油為孔模板，加入Ti(OBu)4/PVP/十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液，CTAB為表面活性劑。
在靜電紡絲過程中，由石蠟油包覆而成的膠束合并在一起，然后沿著纖維軸拉長。通過煅燒脫蠟，得到了具有多通道結構的多孔纖維。
其他多孔無機纖維：Zhang等提出了一種電紡絲與氧等離子體刻蝕相結合制備高孔SnO2纖維的新方法。對固體PVA/Sn前驅纖維復合材料進行電紡，然后用氧等離子體刻蝕去除PVA組分。Sn前驅體纖維氧化為SnO2纖維，保持了多孔結構。
Sensors Actuators, B Chem2010, 144, 43–48.
電紡多孔纖維應用
組織工程應用
在組織工程中，獨特的多孔結構導致表面和吸附蛋白的增加，從而促進細胞附著和細胞支架的相互作用。
表面粗糙度的改變(在不同孔隙度下電紡絲)不僅影響細胞形態，還影響hMSCs向成骨細胞和軟骨細胞的分化。這種對hMSCs分化的控制對骨組織再生是有價值的。
載藥應用
電紡纖維是一種很有前途的藥物載體，可以選擇性地分散在纖維的表面和內部。
纖維表面的納米孔隙可以增強藥物的爆發性釋放，從而進一步提高藥物的療效。
水處理應用
電紡多孔纖維具有較高的比表面積和優異的吸附性能，是一種潛在的處理滲漏油、有機染料和重金屬污染水的方法。
電紡多孔聚苯乙烯纖維具有多孔、親油、超疏水等性能，是一種很有前途的脫除水中油脂的纖維。
傳感器應用
傳感器在呼吸分析中的應用：通過檢測呼出的氣體的量來診斷特定的疾病(如糖尿病、癌癥)可以被診斷和監測。
光催化應用
光催化降解污染物是一項新興的廢水處理技術，電紡TiO2纖維作為光降解催化劑，由于多孔纖維不僅提供了更大的吸氧面積，而且能夠在多孔結構中捕獲更多的光子，多孔纖維對染料的降解效率更高。
鋰離子電池應用
在鋰離子電池中，由于多孔結構增強了鋰離子的電荷轉移，從而提高了電池的電化學性能。
在多孔纖維內可更有效地緩沖充放電周期內發生的體積變化。
文章小結
?通過選擇合適的聚合物-溶劑體系，通過各種相分離機制實現具有表面孔隙度和/或內部孔隙度可調多孔結構。
?討論了制備各種多孔結構高分子和無機纖維的方法。在適當的條件下，可通過選擇聚合物/溶劑、聚合物/溶劑/非溶劑或聚合物/聚合物/溶劑體系直接獲得多孔聚合物纖維。
?電紡多孔纖維在醫療保健、水處理、傳感器、光催化和鋰離子電池等關鍵領域，新材料的性能得到了顯著提高。
?電紡絲材料在大規模、商業化應用方面仍面臨挑戰，包括成本高、溶劑處理的環境問題、生產效率低以及制備過程復雜等。
微信二維碼
