2.2　靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用

靜電紡絲技術(shù)的研究最早始于有機聚合物納米纖維的研制，隨著研究的不斷深入，已經(jīng)有一百多種聚合物、生物分子可以通過靜電紡絲技術(shù)來構(gòu)筑具有不同結(jié)構(gòu)、形貌和功能的微納米纖維。近來，除了有機聚合物納米纖維的研制，靜電紡絲技術(shù)也被廣泛地應(yīng)用于制備陶瓷纖維。實際上，靜電紡絲技術(shù)并不能用于直接獲得陶瓷纖維，需要增加一步熱處理過程來除去有機聚合物。而增加的熱處理過程有利于多孔或者中空結(jié)構(gòu)的陶瓷纖維產(chǎn)生（圖2-2）。這些新穎和可控的形貌和結(jié)構(gòu)使得電紡納米纖維可以作為電子器件、傳感材料、過濾材料、增強材料、超疏水材料、催化劑和酶的載體而被廣泛應(yīng)用于傳感、通信、工業(yè)、能源、環(huán)境科學(xué)和生命科學(xué)等諸多領(lǐng)域。

2.2.1　生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

許多類型的聚合物可以通過靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維，這些納米纖維已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于組織工程、人造器官應(yīng)用、藥物傳遞和創(chuàng)傷修復(fù)等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。例如，2001年，Smith等[26]首次報道了利用靜電紡絲纖維修復(fù)皮膚創(chuàng)傷的過程，而且可以通過改變聚合物纖維和藥物的種類來滿足不同傷口的需要，這一成果顯示簡單紡絲設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到可以直接制備應(yīng)用于修復(fù)傷口的材料階段。而且，靜電紡絲技術(shù)也可將生物相容的電紡絲超細纖維沉積到醫(yī)療器械表面，形成超薄的多孔膜，這些包覆的醫(yī)療器械被移植到體內(nèi)后，既能有效地減少在組織/醫(yī)療器械界面上的硬度不匹配性，從而防止和減少醫(yī)療器械可能對組織造成的損傷，又有利于組織在其表面的生長[27]。

2.2.2　光、電、磁學(xué)領(lǐng)域

靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維還可以被廣泛應(yīng)用于光、電、磁學(xué)領(lǐng)域。例如，2005年，Sabine Schlecht率先通過靜電紡絲技術(shù)將ZnSe量子點添加到聚乳酸中制備紡絲纖維[28]，并考察了其光學(xué)性質(zhì)。我們也成功地將稀土銪的配合物引入聚丙烯腈中制備具有紅光發(fā)射的熒光纖維，并且通過研究其光學(xué)性質(zhì)證實，電紡纖維的包覆有利于提高其熒光量子產(chǎn)率和熒光壽命[29]。不僅如此，我們進一步制備了具有熒光和磁性雙重功能的納米纖維，由于納米纖維結(jié)構(gòu)的有效隔離，即使存在雙重功能也不會彼此影響（圖2-3）[30]。

2.2.3　催化領(lǐng)域

靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維還可以被廣泛應(yīng)用于催化領(lǐng)域。例如，Bai等[31]以β-環(huán)糊精為原料，通過與聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈混合，然后利用靜電紡絲技術(shù)，制備了β-環(huán)糊精/聚合物復(fù)合納米纖維。并在其表面負載貴金屬粒子制成的復(fù)合纖維膜可以用于硝基化合物催化氫化反應(yīng)的研究和催化碘代苯與丙烯酸類化合物的Heek反應(yīng)。另外，聯(lián)合靜電紡絲技術(shù)和隨后的熱處理過程可以得到各種金屬氧化物一維納米纖維，這些材料可以被廣泛地應(yīng)用于光催化降解水中的有機染料。東北師范大學(xué)的Shao所在的研究小組在這方面做了許多杰出的工作。例如，他們可以利用靜電紡絲技術(shù)和隨后的熱處理過程制備TiO2納米纖維，并且通過聯(lián)合水熱反應(yīng)在TiO2納米纖維表面可控生長各種無機化合物，從而得到Bi4Ti3O12/TiO2[圖2-4（a）]，SnO2/TiO2[圖2-4（b）]，SrTiO3/TiO2[圖2-4（c）]等各種復(fù)合次級材料[32～34]。而且這些復(fù)合材料對降解水中的有機染料具有優(yōu)異的性能。我們則利用同樣的方法制備了具有可控形貌的Fe3O4/TiO2次級復(fù)合材料[圖2-4（d）]，該復(fù)合材料不僅可以有效地降解水中的有機染料，而且由于具有磁性可以很容易地將復(fù)合材料從催化降解后的水中簡單地分離出來[35]。

2.2.4　傳感領(lǐng)域

靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維還可以被廣泛應(yīng)用于傳感領(lǐng)域。可以應(yīng)用于傳感領(lǐng)域的電紡纖維主要包括以下2個方面。

（1）電紡含有熒光分子的聚合物纖維薄膜

為了使熒光探針使用更加趨于簡單化，便于使用，熒光薄膜傳感材料成為了研究的熱點。研究者將具有特定功能的熒光小分子嫁接到聚合物上，然后通過靜電紡絲技術(shù)制備便于重復(fù)使用的薄膜傳感材料。例如，Wang等[36]在電紡纖維表面修飾了羅丹明分子，制備了可以用來比色傳感Cu2+的熒光薄膜傳感器。將制備的薄膜傳感器置于含有Cu2+的溶液中時，薄膜傳感器可以作為試紙測試水溶液中Cu2+的含量（圖2-5）。而且測試后的薄膜可以通過加入EDTA去除吸附的Cu2+，從而達到反復(fù)多次使用的效果。

（2）聯(lián)合靜電紡絲技術(shù)和隨后的熱處理過程制備無機氧化物傳感材料

人們對稀土修飾的一維納米材料的關(guān)注不僅僅局限于發(fā)光領(lǐng)域，而且還擴展到傳感領(lǐng)域。例如，Xu等[37]利用靜電紡絲法首次制備了具有次孔狀結(jié)構(gòu)的In2O3-CeO2納米管系列樣品，并且通過調(diào)整兩種氧化物的摩爾比，有效地調(diào)控納米管的形貌和氣敏傳感性能。當(dāng)將優(yōu)化好的納米管材料進行不同溫度下氣敏測試時，該材料對硫化氫和丙酮氣體表現(xiàn)了優(yōu)異的氣敏特性（圖2-6）。

2.2.5　工業(yè)領(lǐng)域

靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維還可以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。由靜電紡絲技術(shù)制備的無紡布納米纖維薄膜，具有較大的比表面積和小的孔徑尺寸等特點，因此具有很強的吸附能力以及良好的過濾性能。例如，以聚丙烯無紡布為基質(zhì)，尼龍66納米纖維網(wǎng)是一種性能優(yōu)異的新型過濾材料。Allabashi等[38]則首先利用靜電紡絲技術(shù)制備Al2O3、SiC和TiO2等電紡陶瓷纖維，然后將其與多種聚合物混合，通過它們之間形成化學(xué)鍵和發(fā)生聚合反應(yīng)，來制備有機-無機復(fù)合濾膜。這種復(fù)合濾膜可以有效除去單環(huán)和多環(huán)芳香烴、殺蟲劑以及甲基叔丁基醚等多種有機污染物。