静电纺丝聚合物基复合材料的制备及纳米碳的功能化

来源:上海新型纳米材料研究公司 发布时间:2019-01-11 点击次数:

静电纺丝是一种简单而通用的制备纳米纤维的技术,其聚合物直径从纳米到微米不等,近二十年来发展迅速,纳米碳材料,通常被称为碳纳米管、石墨烯和富勒烯及其衍生物,包括量子点、纳米纤维和纳米带。由于其独特的结构特点和优良的理化性能,纳米碳在静电纺聚合物纤维中的加入可以提高纤维的力学性能、电性能和热性能,并赋予组织工程和传感器支架以优异的性能,因此受到越来越多的关注。具有生物学功能。
    
     本文综述了纳米碳如何通过静电纺丝技术提高聚合物基复合材料的性能,简要介绍了各种纳米碳材料,综述了静电纺纳米碳填料聚合物纳米纤维的设计与制备的最新进展。在复合材料的制备方面,着重研究了纳米碳的功能化策略和无规定向聚合物纳米复合材料的制备,并对静电纺纳米碳聚合物基复合纳米纤维的力学、电学和热性能进行了研究,结果表明,静电纺纳米碳聚合物基复合纳米纤维具有优异的性能。聚合物复合纳米纤维具有活性高、多孔性好、独特的缓冲结构,在组织工程和传感器等许多领域有着广阔的应用前景,相关研究成果发表在《高分子科学进展》2018、86、40-84上。(IF=24.558)
    
     图2(a)多孔聚碳酸酯纳米纤维的扫描电镜(mwcnt共聚);(b)尼龙6纳米纤维的扫描电镜(在表面上均匀地吸附了cnt);(c)沿聚酰亚胺纳米纤维轴线的扫描电镜(tem);(d)通过改变PEO直接电纺混合物的轴速度来控制厚度;(e)带负电荷和正电荷的mwcnt有组织电荷。负载壳聚糖交替沉积制备多层纳米纤维复合材料的示意图;(f)极性溶剂中碳纳米管酰胺化的照片及其对分散的影响。
    
     图3(a)石墨烯增强的PBase/PVA C纳米纤维的高倍率透射电镜;(b)中空的PVA基复合纳米纤维的扫描电镜,通过共静电纺丝形成2 wt%的热还原氧化石墨烯;(c)石墨烯增强的PLGA真丝塔斯沙纳米纤维的透射电镜;(d)由以下材料制备的石墨烯浸渍复合纳米纤维的制备示意图石英;(e)将纳米颗粒与改性氧化石墨烯掺入共静电纺PVA纳米纤维的涂层中。
    
     图4。(a)扫描电镜显示了纯聚乳酸纳米纤维的均匀形态;(b)扫描电镜显示了负载0.5wt%Nd的聚乳酸纳米纤维的均匀形态;(c)扫描电镜显示负载1wt%Nd的聚乳酸纳米纤维的均匀形态;(d)扫描电镜显示负载2wt%Nd的聚乳酸纳米纤维的B E A D形态;(e)扫描电镜显示了负载2wt%Nd的聚乳酸纳米纤维的B E A D形态。当掺入3wt%Nd时,纳米纤维的直径随Nd负载的增加而减小,条形图较少。
    
     图5。(a)载于PVP纳米纤维中的富勒烯类碳纳米颗粒(flcp)形成的具有核壳结构的有机/无机杂化材料的示意图;(b)(左)TEM均匀分布和混合的CQDS-Bi20Ti3纳米填料Co电纺PAN纳米纤维;(右)相应的高分辨率图像;(c)(上排)SEM和TEM显示d.含10 wt%纳米金刚石的PAN纳米纤维的形貌和结构(下一排)扫描电镜和透射电镜显示了含60 wt%纳米金刚石的PAN纳米纤维的形貌和结构;(d)超声波法制备的含石墨纳米片的聚氨酯纳米纤维的微观结构。
    
     组织工程支架:由于具有良好的生物相容性和生物降解性,采用聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)和丝素等聚合物制备电纺再生支架,但这些聚合物支架的机械强度和导电性有限,不能承受慢性损伤。组织再生和有效的信号传输,提高了复合碳材料的力学性能、导电性能和生物性能。
    
     图10。(a-d)电纺pcl-mwcnts纳米纤维降解4周和8周后的形态;(e)不含mwcnt、pva /壳聚糖纳米纤维和pva /壳聚糖/mwcnts纳米纤维的盖玻片上蛋白质的吸附;(f)电纺pcl-mwcnts纳米纤维的溶血率;(g)电纺pcl-mwcnts纳米纤维的动态凝固时间。
    
     化学和生物传感器:由于电子传递快,电性能好,提高了传感器的电性能、导电性和电化学稳定性。碳材料如碳纳米管、石墨烯和石墨烯量子点(GOD)被集成到静电纺丝材料中。此外,复合碳材料的功能化CNT可以通过共价键将催化剂加载到传感器上。
    
     图14。(a)载GOX的PAN /mwcnt传感器的制造工艺示意图;(b)PVA /GOD荧光传感器的可能检测机理;(c)PVA /石墨烯/AgNPS非酶传感器的示意图和过氧化氢的可能检测机理;(d)检测挥发物的PMMA /CNT传感器示意图。e有机蒸气;(e)碳量子点/介子SiO 2/聚丙烯腈纳米纤维膜检测Fe(III)U3002的示意图
    
     环境修复/水和空气处理:由于其表面积大、多孔性高、互连性好,静电纺纳米纤维膜成为过滤和吸附水和空气中污染物的有效材料。纤维结构的大表面积提供了与污染物相互作用的场所数量。T分子:高孔率、高性能的纤维膜相互连接,保证了对流体的高渗透性,而且电纺纳米纤维吸附后很容易与反应溶液分离,具有易使用、可回收的潜力,具有优异的机械、热、电性能。性能方面,纳米碳材料(如CNT和石墨烯)用于增强静电纺纳米纤维膜,从而提高其在水和空气处理中的能力。
    
     图15。(a)CNT聚合物纳米纤维在有效去除芘中的应用;(b)CNT聚合物纳米纤维在膜蒸馏中的应用。
    
     标题:静电纺丝聚合物基复合材料:纳米碳的制备和功能化
    
    


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