2.4　靜電紡絲的結構

紡絲結構決定了紡絲性能。單根紡絲的結構種類繁多，由若干單根紡絲組成的紡絲集合體形態各異，因此通過調控及優化靜電紡絲及其集合體的結構，可獲得更多獨特功能的紡絲膜。下面將從兩個角度來看紡絲的結構：單根紡絲結構和集合體紡絲結構。

2.4.1　單根靜電紡絲結構

通過對電紡溶液性質、加工參數、環境參數以及電紡裝置的調節，可以得到不同精細結構的納米紡絲。常見的有圓形截面、珠粒的實心紡絲，特殊結構的紡絲有帶狀、螺旋狀、中空、核-殼、項鏈狀、多孔、樹突狀、啞鈴、多殼電纜等，形貌如圖2-22所示。這些特殊結構使紡絲在某些方面具有優異的性能，例如螺旋結構紡絲的孔隙率較高、柔韌性較好、比強度高。中空結構的紡絲因其獨特的內在結構，具有獨特的電學、光學、催化、力學等性能，在分子分離、氣體傳感器、納米電子器件等方面有著潛在的應用價值。多孔結構的紡絲具有較大的比表面積，在很多領域如過濾材料、藥物控制釋放、電極材料、傳感器等領域發揮重要作用。

Fan等^［60］制備了Fe（NO₃）₃-PVP和La（NO₃）₃-Fe（NO₃）₃-PVP復合紡絲。其中Fe（NO₃）₃-PVP紡絲的寬度為950nm，厚度為110nm。將其在600℃煅燒，得到表面粗糙、有孔、厚度更小、寬度更窄（200～400nm）的Fe（NO₃）₃紡絲。La（NO₃）₃-Fe（NO₃）₃-PVP紡絲的寬度為1～3μm，厚度為110nm。經600℃煅燒后，得到寬度為300～400nm的La（NO₃）₃紡絲，其形貌如圖2-23所示。

此外，研究者還通過靜電紡絲技術制備出了螺旋結構紡絲^［61］以及中空結構紡絲^［62］，其形貌如圖2-24、圖2-25所示。

2.4.2　集合體靜電紡絲結構

（1）無規則取向排列紡絲

無規則取向排列紡絲是指集合體紡絲以無序狀排列于收集裝置，形成類似非織造布的紡絲膜（圖2-26）。一般簡單的靜電紡裝置所紡出的紡絲都是無規則取向的。

（2）取向排列紡絲

取向性好和高度規則排列的紡絲在某些領域有巨大潛力。通過改變收集裝置、添加電極等方式可以制備取向規則的紡絲。如Mathew^［63］、Xu等^［64］通過改變接收裝置得到取向排列紡絲，如圖2-27所示。

（3）圖案化紡絲

在靜電紡絲過程中，改變收集裝置的材質、形狀、運動方式等，可以得到圖案化紡絲以及其他聚集態的紡絲。Zhang等^［65］以二維列正排布的釘子收集裝置［圖2-28（a）］制備了圖案化紡絲［圖2-28（b）、（c）］。

（4）納米蛛網紡絲

納米蛛網是一種近期被發現的新型紡絲結構。Ding等^［66］在2006年將聚丙烯酸溶于乙醇，通過靜電紡絲首次獲得蛛網紡絲，見圖2-29。它是以超細靜電紡絲為支架，具有類似于蜘蛛網、肥皂泡結構的二維網狀紡絲膜材料。網中紡絲的平均直徑為5～30nm（比靜電紡絲的直徑低一個數量級，比蜘蛛網紡絲的直徑低兩個數量級）、孔徑在20～300nm范圍之間，且大多數網孔以穩定的六邊形結構存在，遵循自然界的斯坦納（Steiner）最小樹規律^［67］。此外，納米蛛網還具有比表面積大、吸附性好和力學性能穩定等優點，使其在催化、信息、能源、環境和生物醫學等領域有著巨大的應用前景^［8］。