2.2　靜電紡絲技術的應用

靜電紡絲技術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，已經有一百多種聚合物、生物分子可以通過靜電紡絲技術來構筑具有不同結構、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，靜電紡絲技術也被廣泛地應用于制備陶瓷纖維。實際上，靜電紡絲技術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構的陶瓷纖維產生（圖2-2）。這些新穎和可控的形貌和結構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用于傳感、通信、工業、能源、環境科學和生命科學等諸多領域。

2.2.1　生物醫學領域

許多類型的聚合物可以通過靜電紡絲技術制備納米纖維，這些納米纖維已經被廣泛應用于組織工程、人造器官應用、藥物傳遞和創傷修復等生物醫學領域。例如，2001年，Smith等[26]首次報道了利用靜電紡絲纖維修復皮膚創傷的過程，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備已經發展到可以直接制備應用于修復傷口的材料階段。而且，靜電紡絲技術也可將生物相容的電紡絲超細纖維沉積到醫療器械表面，形成超薄的多孔膜，這些包覆的醫療器械被移植到體內后，既能有效地減少在組織/醫療器械界面上的硬度不匹配性，從而防止和減少醫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、磁學領域

靜電紡絲技術制備的納米纖維還可以被廣泛應用于光、電、磁學領域。例如，2005年，Sabine Schlecht率先通過靜電紡絲技術將ZnSe量子點添加到聚乳酸中制備紡絲纖維[28]，并考察了其光學性質。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射的熒光纖維，并且通過研究其光學性質證實，電紡纖維的包覆有利于提高其熒光量子產率和熒光壽命[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，由于納米纖維結構的有效隔離，即使存在雙重功能也不會彼此影響（圖2-3）[30]。

2.2.3　催化領域

靜電紡絲技術制備的納米纖維還可以被廣泛應用于催化領域。例如，Bai等[31]以β-環糊精為原料，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，制備了β-環糊精/聚合物復合納米纖維。并在其表面負載貴金屬粒子制成的復合纖維膜可以用于硝基化合物催化氫化反應的研究和催化碘代苯與丙烯酸類化合物的Heek反應。另外，聯合靜電紡絲技術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用于光催化降解水中的有機染料。東北師范大學的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和隨后的熱處理過程制備TiO2納米纖維，并且通過聯合水熱反應在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）]等各種復合次級材料[32～34]。而且這些復合材料對降解水中的有機染料具有優異的性能。我們則利用同樣的方法制備了具有可控形貌的Fe3O4/TiO2次級復合材料[圖2-4（d）]，該復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　傳感領域

靜電紡絲技術制備的納米纖維還可以被廣泛應用于傳感領域。可以應用于傳感領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制備便于重復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+，從而達到反復多次使用的效果。

（2）聯合靜電紡絲技術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注不僅僅局限于發光領域，而且還擴展到傳感領域。例如，Xu等[37]利用靜電紡絲法首次制備了具有次孔狀結構的In2O3-CeO2納米管系列樣品，并且通過調整兩種氧化物的摩爾比，有效地調控納米管的形貌和氣敏傳感性能。當將優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了優異的氣敏特性（圖2-6）。

2.2.5　工業領域

靜電紡絲技術制備的納米纖維還可以被廣泛應用于工業領域。由靜電紡絲技術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，尼龍66納米纖維網是一種性能優異的新型過濾材料。Allabashi等[38]則首先利用靜電紡絲技術制備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鍵和發生聚合反應，來制備有機-無機復合濾膜。這種復合濾膜可以有效除去單環和多環芳香烴、殺蟲劑以及甲基叔丁基醚等多種有機污染物。