制备过程
- 原料选择与混合：
科研人员在挑选聚合物基体材料时，除了考虑聚乳酸（PLA）、聚乙烯醇（PVA）这类常见材料外，还会关注新型聚合物，如聚己内酯（PCL）与聚多巴胺（PDA）。PCL 具有良好的生物相容性与可降解性，适合生物医学领域应用；PDA 则因独特的粘附性能，能增强纳米材料与聚合物基体的结合力。在纳米材料选择上，除了经典的纳米碳管、纳米银粒子、量子点，还有具有光催化性能的纳米二氧化钛（TiO₂）、具备磁响应性的四氧化三铁（Fe₃O₄）纳米颗粒等。
为实现纳米材料在聚合物溶液中的均匀分散，除了超声、搅拌常规手段，还会运用微流控技术。通过精确控制微通道内的流体流动，可实现纳米材料与聚合物溶液在微观尺度上的精准混合。例如，在制备兼具抗菌与光催化自清洁功能的纳米复合材料时，将纳米银粒子与纳米 TiO₂共同分散于 PCL 溶液中。借助微流控技术，能保证纳米银粒子与纳米 TiO₂均匀分布，避免团聚，为后续纺丝形成高质量纤维奠定基础。
- 静电纺丝：
在静电纺丝环节，设备的改进不断提升纺丝效果。新型静电纺丝设备采用多喷头设计，可同时纺制多种不同材料的纤维，进而制备出具有核 - 壳、并列等复杂结构的纳米纤维。例如，在制备用于药物缓释的多功能纳米纤维时，内喷头纺出载药的 PLA 纤维，外喷头纺出具有保护与控释功能的 PVA 纤维，形成核 - 壳结构纤维。这种结构能有效控制药物释放速度，延长药物作用时间。
溶液性质方面，除了聚合物浓度、分子量和溶剂特性，溶液的电导率也至关重要。适当提高溶液电导率，可增强电场对溶液的作用效果，使纤维射流更稳定，有利于制备更细且均匀的纤维。在工艺参数上，除了电压、流速、喷头与收集装置间距，纺丝时间也会影响纳米纤维毡的厚度与性能。在制备用于过滤领域的纳米复合材料时，通过精确控制纺丝时间，可调节纤维毡的孔隙率与厚度，实现对不同粒径颗粒的高效过滤。环境条件中，除了温度、湿度，气压也会对纺丝产生影响。在低气压环境下，溶剂挥发速度加快，纤维固化时间缩短，有助于制备特殊结构的纳米纤维。
- 后处理：
后处理手段愈发多样且精细。除了热压处理、化学修饰，还出现了等离子体处理技术。通过等离子体轰击纳米纤维毡表面，可引入新的官能团，改变纤维表面粗糙度与亲疏水性。例如，在制备用于油水分离的纳米复合材料时，经等离子体处理后，纤维表面变为超疏水性，能高效实现油水分离。
对于生物医学领域应用的纳米复合材料，除了常规灭菌处理，还会采用生物活性分子固定化技术。将生长因子、细胞粘附肽等生物活性分子固定在纳米纤维表面，可促进细胞的粘附、增殖与分化。在制备组织工程支架时，这种技术能引导细胞在支架上有序生长，加速组织修复与再生。
功能实现
- 力学增强：
在力学增强方面，除了纳米碳管、纳米二氧化硅，纳米纤维素晶须也展现出优异效果。纳米纤维素晶须来源于天然纤维素，具有高强度、高模量特性，且生物相容性好。将其与聚合物复合，可显著提升材料力学性能。例如，在制备高性能生物可降解塑料时，添加纳米纤维素晶须的 PLA 复合材料，其拉伸强度与弯曲模量相比纯 PLA 大幅提高，可用于制造耐用的一次性餐具等产品。
- 抗菌功能：
除了纳米银粒子、纳米氧化锌，纳米铜粒子也具有抗菌活性。纳米铜粒子通过释放铜离子，破坏细菌的呼吸酶系统，达到抗菌目的。在医疗领域，将纳米铜粒子复合到纤维中制备的伤口敷料，对多种常见病原菌，如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等具有良好抑制效果。在食品包装领域，这种抗菌纳米复合材料能有效延长食品保质期，减少食品因微生物污染导致的变质。
- 光电性能：
在光电性能方面，除了量子点、石墨烯，二维过渡金属硫族化合物（如二硫化钼 MoS₂）也备受关注。MoS₂具有独特的层状结构与光电特性，将其复合到纤维中，可制备出对特定波长光敏感的纳米复合材料。在光探测器应用中，基于 MoS₂复合纤维的光探测器具有高灵敏度、快速响应等优点。在可穿戴电子设备领域，将具有导电性能的纳米复合材料与弹性纤维复合，可制备出既具有良好导电性又具备高弹性的智能织物，用于制造可实时监测人体运动状态与生理信号的智能服装。
静电纺丝制备多功能纳米复合材料的技术，为材料科学注入了新活力，随着研究深入，有望在更多领域发挥关键作用，推动各行业的技术革新。
设备选择
佛山微迈科技有限公司可用于制备多功能纳米复合材料的设备主要有以下两款：
- 静电纺丝机 E05
- 实验参数控制精准：桌面型设计，内部操作空间大，一体化控制多注射泵与环境参数。可一键保存和导入实验参数，配有双高压电源和两个三通道精密供液泵，供液泵精度达 0.01ml/h。
- 收集系统性能优越：高速收集滚筒有效宽幅 200mm、直径 ø80mm，转速 0~3000r/min 可调，径向跳动值≤0.15mm。
- 环境控制功能齐全：标配纳米远红外电热板、惰性气体接入控制系统和排风系统，可增配一体式制冷除湿机和环境加湿系统。
- 纺丝功能多样：标配双层同轴喷头，可增配特殊针头，还可进行气流纺丝和静电喷雾，能制备多种结构纳米纤维和多结构、多材料复合材料。
- 静电纺丝机 E04
- 可实现多模式一体化实验：操作空间大，能进行共轭 / 纺纱 / 纺丝 / 喷雾等一体化实验，配有两组四针 / 八针阵列喷头，可同时进行双组分材料纺丝、多材料同轴多针静电纺丝。
- 温湿度控制佳：制冷除湿机一体化控制温湿度，确保纺丝环境达到最优。
- 收集装置大幅宽：大幅宽滚筒纳米纤维涂覆更均匀，涂覆面积更大 (350*500mm)，采用伺服电机控制，转速误差≤1rpm。
- 配置丰富：双高压电源，三通道注射泵运行精度达 0.01ml/h，可增配纳米纺纱装置和超声静电雾化喷头。
