静电纺丝是产生纳米纤维的新兴过程

一个称为静电纺丝（ES）的过程被认为是纳米技术领域中最有希望的过程之一。电纺纳米纤维的应用始于并已成长为包括环境解决方案，保健为医疗保健和生物技术，然后使用用于防御和安全措施的产品。如今，有可能将纳米纤维商业化用于微型和纳米设备。纳米纤维的全球市场可能从2006年的43.2亿美元增长到2012年的176亿美元。
有许多方法可用于产生纳米纤维。其中包括岛海，融化的纤颤，自组装的气流技术和纳米光刻。每个过程都提出了各种挑战。生产纳米纤维的过程的选择取决于要生产哪种纤维材料，需要哪种类型的纤维对齐，要达到哪种生产率以及工艺投资成本。ES过程不仅是因为它的简单性，而且还因为它可以用不同的材料生产纳米纤维，因此获得了最大的关注。ES过程很简单，从聚合物溶液或借助静电力的帮助下产生非常细的纤维。formhals首先已为一种实用技术申请了专利，该技术可以通过该技术在电场的影响下将聚合物溶液的电荷射流沉积到收集器上。Doshi和Reneker的工作证明了ES过程的真正潜力。
聚合物的溶液流出毛细管尖端的（旋转），其中液滴在溶液的表面张力的影响下形成。将足够大的电荷（临界电压）应用于溶液中，以引起聚合物和溶剂分子之间的排斥静电力，以克服表面张力，而不是利用空气或其他设备。因此，一组聚合物的射流从旋转链球的尖端（喷嘴）射出，仅收集在接地目标屏幕上（收集器）。收集器停止了液体喷气机。当带电聚合物溶液的喷射向收集器传播时，溶剂蒸发。随着溶剂的蒸发，聚合物链会纠缠并抵抗射流破裂，以形成纳米纤维。纳米纤维的性能将由聚合物和溶剂分子之间的粘弹性行为与静电力的组合确定。一个人可以操纵ES过程的几个参数，包括电压，距离，环境水分控制，旋转和收集器的翻译。

如今，纳米纤维处于纳米技术的最前沿。它们独特的多孔结构和较大的表面到体积区域使其适合各种应用。ES过程由于其非凡的灵活性而比其他过程获得了优势，这使其可以形成具有各种孔径和形状的动态多孔产品。孔隙率提供透气性，允许活性物质的封装和纤维对齐。可以改变ES纳米纤维的孔隙率以适应应用的需求，例如，可以引入额外的孔隙率以增强防护服中的空气循环。另一方面，可以修改纤维比对以改善机械性能。电纺聚酰胺的工作表明，沿纳米纤维轴的高链对准可提供高拉伸强度和轴向拉伸刚度的聚酰胺。ES过程需要高电压，并且产生的电纺纳米纤维可以保留剩余电​​荷。人们可以利用这种剩余费用来创建新产品，例如被动空气净化纺织品。另一方面，从电纺纤维和剩余的溶剂构建的高电荷中冲出可能会损害纳米纤维的恒定产生，这一过程称为“压力辅助旋转”（PAS）。
通过巧妙地控制ES过程的几个参数，加利福尼亚大学的研究人员开发了一个“近场”静电纺丝工艺（NFES），在那里他们能够精确地控制纳米纤维的站点和沉积。这个新的过程取得了一些进步。聚合物的距离较短，可将电压要求降低多达50次。而不是固定屏幕，将纤维捕获在代替固定屏幕的板上。以各种模式和不同的速度移动此操作，可提供与更昂贵和复杂的光刻工具相当的分辨率的出色控制。将收集器浸入液态氮浴中会随着表面积增加而产生高度的多孔纤维。这些多孔纤维适合封装活性物质。在最近的一份报告中，研究人员使用各种可光叠链接宏来利用ES过程，以开发具有一系列特性的可降解纤维支架。

多年来，电纺纳米纤维一直在用于空气过滤和聚结过滤等商业过滤介质。与传统过滤媒体相比，明显的优势是更长的过滤寿命，过滤效率，更容易维护和降低重量。多年来，唐纳森公司（Donaldson Company Inc.）多年来一直使用电纺纳米纤维来生产大多数主要过滤应用程序的过滤器。基于ES过程，捷克共和国的Elmarco获得了纳米携带者的专利技术，该技术可以生产纳米纤维的网络，其直径为50-300纳米。为了利用Elamarco的ES过程产生的纳米纤维，最近，康明斯过滤公司与Elmarco达成了一项协议，以生成用于汽车和相关应用的有效过滤系统。
潜在的医疗应用包括为神经，组织，皮肤和骨骼制造电纺聚合物纳米纤维支架的努力。研究已经证明，当生物聚合物纳米纤维网覆盖时，生物活性表面得到改善。在这些情况下，细胞粘附和增殖已得到促进。在无数应用中，还研究了纳米纤维膜，用于传感器，聚合物电池，聚合物电解质膜燃料电池和光伏电池。
静电纺丝提供了最通用的过程，可生产具有广泛特性的纳米纤维。可能的新产品包括具有特定形态的对齐纳米结构，可以带来危险分子的吸附和分解，可与可生物降解材料一起用于组织工程的产品，以及用于靶向递送的干细胞的封装。工艺修改通过将不同的聚合物旋转以控制孔径分布，减少剩余电荷并提供对电子组件，封装和其他复杂应用的结构的精细控制，从而为产品提供更好的控制。将来，行业将广泛使用静电纺丝技术。