静电有什么应用 - 范文无忧网

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应用：药物控制释放、组织工程上的应用、仿生材料及人工器官、传感器感知膜等

原理：静电纺丝是指聚合物溶液（或熔体）在高压电场的作用下形成纤维过程，其核心是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动与变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，于是得到纤维状物质。它的一个重要特点就是制得的纤维直径可以在数十纳米到数百纳米之间，文献中经常称之为纳米纤维。静电纺丝可以直接形成超细纤维膜，这些纤维膜的特点是具有很大的比表面积和很小的孔径。静电纺丝是由 Formhals 在 1934 年首先提出专利申请，然而对静电纺丝的大量实验工作和深入的理论研究，却是近 10 年中随纳米技术的发展才逐渐完善的。Reneker 等人对其在不同技术领域的可能应用和纤维的形成机理进行了详细的讨论。

电纺丝过程主要是将聚合物溶液或熔体带上几千至几万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场的作用下在毛细管的Taylor锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接受装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。下面解释形成Taylor锥的原因[32]：从表面现象的研究可知，在毛细管顶端的液滴，将成为凸形的半球状。可在液滴表面上施加一电位，液滴曲面的曲率将逐渐改变，当电位达到某一临界值Vc时，半球状液滴会转变为锥形，其锥形的角度为49.3°，这一带电的锥体称为Taylor锥。

静电纺丝过程看似简单，但要讨论清楚其中涉及的机理就显得非常困难。它涵盖物理学、化学和化学工程的不同分支，主要包括静电学、电流体动力学、流变学、空气动力学、湍流、固-液表面的电荷输运、质量输运和热量传递等。其中存在很多不稳定因素，Shin等人通过对PEO纺丝的详细研究，归纳了三种不稳定因素。第一种是粘度不稳定性因素（也称为Rayleigh不稳定），这主要是由毛细力和粘滞力的共同作用引起的，这种不稳定性在传统纺丝中已经为人们广泛了解。第二种是轴对称的张力不稳定性，它是因表面电荷密度在切向电场中受到的力而引起的，这种力与粘度协同作用引起细流的轴对称形变和流动；第三种是非轴对称弯曲不稳定性，即“鞭动”，它是流体的偶极和电荷发生涨落，在电场中在轴的法向上受力，因而产生弯曲。后两种不稳定性完全是电场力引起的，这两种不稳定性都是传递性的，可能随纤维的产生而放大[34-35]。如果保持其它参数不变，电场强度将和这种不稳定性成正比。当电场强度很低的时候，会发生第一种不稳定性，也就是Rayleigh不稳定性；当场强高到一定程度后，弯曲或“鞭动”占主要因素。