一、研究背景

电纺丝已成为一种广泛应用且极具吸引力的技术，可用于生产长而连续的纳米纤维，该技术具有许多理想特性，例如大的比面积-体积比、增强的化学反应活性以及可扩展且具有成本效益的制造工艺。根据电纺丝的可调参数，如聚合物类型、溶液浓度、溶剂效应和电纺丝条件，可以有效控制纳米纤维的结构和形态；这是电纺丝的主要优势之一。随着电纺丝技术的发展，许多聚合物和无机/聚合物复合材料，如 PAN、PVA、PLLA、PVP和 PS，以及它们的共聚物已被制造出来并应用于各个领域。在高分子材料中，聚苯乙烯是一种应用广泛的聚合物，具有无毒、无味、机械性能优异、稳定性好等优点。科学家们已将聚苯乙烯应用于多个领域，如组织工程、过滤、离子交换剂等。由于聚苯乙烯的疏水特性，许多超疏水聚苯乙烯膜都是通过电纺丝成功制备的。Jiang 等人通过电纺丝获得了聚苯乙烯纳米纤维膜，并证明通过电纺丝可以改善聚苯乙烯的疏水性。与旋涂聚苯乙烯膜 95° 的接触角相比，接触角上升到 140°。由于电纺丝聚苯乙烯膜具有优异的超疏水性能，因此可以假设将聚苯乙烯与其他亲水材料结合起来制备纳米纤维复合膜，以实现单向透水。虽然关于单向纳米纤维膜的研究很多，但很少有人利用 PS 通过电纺丝制备单向透水的复合膜。PS 复合纳米纤维为制备具有单向透水性能的材料提供了可能。

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有出色的强度、耐化学性、透明度、可加工性和尺寸稳定性，是服装业和非纤维用途中最重要的材料之一。虽然 PET 的亲水性相对较低，但用强碱水解后亲水性很容易增强。因此，水解 PET 通常被用作亲水性材料。

此外，AgNPs、CuNPs、AuNPs、TiO2 纳米粒子、ZnO 纳米粒子、MgO 纳米粒子和CuO 纳米粒子等金属和金属氧化物纳米粒子也被成功地加入电纺丝膜中，用于空气过滤、抗菌、光催化和光学传感等。在上述研究中，通过控制这些纳米粒子的浓度，成功制备出了直径小、孔隙率高的纳米纤维复合膜，从而提高了电纺纳米纤维膜的功能。在这些纳米粒子中，银纳米粒子（AgNPs）具有广谱、高效的抗菌特性，是目前治疗创伤和烧伤应用最广泛的人工纳米材料之一。此外，人们还成功地将 AgNPs 加入聚合物基质中，制备出抗菌性能更强的含 AgNP 的电纺膜。然而，将 AgNPs 加入电纺 PS 复合纳米纤维的研究却鲜有报道。因此，基于单向透水性能，AgNPs-PS/PET 纳米纤维复合膜的抗菌性能可能会得到改善。

本研究采用不同的 AgNO3 添加量设计并制备了 AgNPs-PS/PET 纳米纤维复合膜，通过电纺丝实现单向透水。研究并讨论了所制备的 AgNPs-PS/PET 纳米纤维复合膜的形态、结构和疏水性。此外，还测试了 AgNPs-PS 电纺丝溶液的粘度和电导率对膜形态的重要影响因素。此外，AgNPs-PS/PET 膜单向透水的特性、过程和机制也得到了展示和证明。

二、摘要

本研究通过电纺丝技术制备了由不同添加量银纳米粒子（AgNPs）的疏水性聚苯乙烯（PS）和亲水性水解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）组成的复合纳米纤维膜（AgNPs-PS/PET），以实现单向透水功能。AgNO3的添加量分别为0 wt%、0.5 wt%、1.0 wt%和1.5 wt%。扫描电子显微镜（SEM）、X 射线能量色散光谱（EDS）和透射电子显微镜（TEM）对 AgNPs-PS/PET 复合纳米纤维的表面形貌和结构进行了表征。扫描电子显微镜图像显示，复合材料的纤维在电纺丝过程中是连续均匀的。使用 EDS 和 TEM 对纳米纤维中分散的 Ag 纳米粒子的存在和含量进行了研究。使用静态接触角测量仪测试了接触角（CA），以说明纳米纤维复合膜的润湿性，并记录了单向渗水的过程。同时，分析了单向渗水的机理。此外，还研究了电纺丝溶液的粘度和电导率。最终，确定了 AgNO3 的最佳添加量（1.0 wt%），所制备的 AgNPs-PS/PET 复合纳米纤维膜能够实现单向透水功能。这些薄膜具有应用于智能纺织品、单向集水和伤口包扎的潜力。

三、结论

总之，利用电纺丝法制备的含有 AgNPs 的 PS-PET 复合材料成功制备了具有单向透水功能的混合纳米纤维膜。从复合膜的 AgNPs-PS 侧来看，所有添加 AgNO3 的复合材料的形貌都比较平滑，具有连续、均匀的纳米纤维。当 AgNO3 的添加量为 1.0 wt% 时，得到的纳米纤维最细，平均直径最大，这是由于添加 AgNO3 对电纺丝溶液的粘度和导电性产生了影响。通过 EDS 和 TEM 结果表明，纳米纤维复合材料中成功引入了 Ag 纳米粒子。通过设计复合膜的结构并测试接触角和渗透时间，AgNPs-PS/PET 复合材料可以被认为是疏水性的。疏水性 AgNPs-PS 膜与亲水性 PET 膜的接触角大于 90°。结果，疏水-亲水复合结构实现了水的单向渗透功能（图 2）。单向渗透的机理也得到了相应的讨论。此外，所制备的复合材料有望用于伤口敷料和自清洁装置。此外，所制备的具有单向渗透特性的 AgNPs-PS/PET 纳米纤维复合膜还可应用于伤口敷料和自清洁装置。

图1.电纺丝装置。

 

图2.AgNO3-PS/PET 复合膜的结构图。