原標題：深耕納米材料領域 探索靜電紡絲技術

——武漢紡織大學紡織科學與工程學院 劉延波

作為納米世界的主要成員，納米纖維一經(jīng)問世，便引起了世界各國的廣泛關注，從氣 / 液過濾、生物醫(yī)療到 電子傳感、能源環(huán)境等領域，都有其應用的背影。

靜電紡絲法是世界上最普遍的生產(chǎn)納米纖維的方法，也是被廣泛應用的方法。從事靜電紡絲技術原理研究的劉延波教授，用16年的深耕探索，換來了靜電紡絲技術的改善和創(chuàng)新，為實現(xiàn)納米纖維的宏量制備，提供了強有力的技術支持。

造夢者的探索之旅

納米纖維的制造方法有很多，但靜電紡絲技術卻有其獨特的優(yōu)勢，比如，這種技術可以控制纖維直徑、控制纖維取向、控制纖維結(jié)構(gòu)，可以控制，意味著可以創(chuàng)造。以現(xiàn)代最常用的鋰離子電池為例。如果將PAN的靜電紡絲和惰性氣體下的熱處理用特別的方法進行融合，就可制備出更為純粹的碳納米纖維機構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)是可以改變鋰離子電池的電容率的。舉一反三，如果將這種不走尋常的改變推廣到其他的領域，那么，靜電紡絲技術，將帶來前所未有的技術革命。

遺憾的是，現(xiàn)在的靜電紡絲技術，難以達到連續(xù)、穩(wěn)定、安全、 高效、高產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化制備要求，在質(zhì)量和產(chǎn)量受到限制的前提下，技術推廣和應用更是無從談起。所以，劉延波教授，以現(xiàn)實需求為目標，以亂云飛渡仍從容的定力，以乘風破浪會有時的決心，帶領團隊，拉開了靜電紡絲的研發(fā)序幕。

完善現(xiàn)有的技術，是劉延波教授深耕探索的第一步。她針對現(xiàn)有各種靜電紡絲過程進行建模和電場強度數(shù)值模擬研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有靜電紡絲過程中電場強度分布的科學規(guī)律，進而提出電場強度與分布均勻性的改進措施。其中，最佳改善措施可使電場強度提高82.9%，使電場強度CV值降低到1.1%。這種電場強度的改善可有效提高電壓利用率、降低生產(chǎn)成本并提高納米纖維制備效率，同時獲得結(jié)構(gòu)比較均勻一致的納米纖維和電紡膜產(chǎn)品。

當別人還在追夢的時候，劉延波已經(jīng)帶領團隊開啟了造夢之路。比如，她所研發(fā)的分形靜電紡絲技術可獲得更高的電場強度和更好的電場分布均勻性，降低紡絲電壓和空氣擊穿風險，降低能耗和過程成本，提高納米纖維細度和均勻性，提高電紡膜結(jié)構(gòu)均勻性和產(chǎn)量；多葉片環(huán)狀靜電紡絲技術，納米纖維產(chǎn)率可提高3～6倍，可提高電場強度，降低臨界紡絲電壓，不僅節(jié)省電能、降低成本，還降低了事故的發(fā)生率。

驅(qū)動力，競爭力，創(chuàng)新力，都是靜電紡絲探索的源動力。劉延波教授的每一次研發(fā)，都直指靜電紡絲技術的核心，自從發(fā)現(xiàn)線性排列的多針頭靜電紡絲過程中存在邊緣效應現(xiàn)象后，劉延波教授便提出了基于二次拋物線的曲面紡絲頭結(jié)構(gòu)，可矯正和補償線性多針頭電紡過程中場強分布不勻的問題。此外，她還發(fā)現(xiàn)，組合使用相鄰紡絲孔分別朝向不同方向噴絲的微孔交錯靜電紡絲技術，可避免相鄰紡絲射流之間的庫侖斥力干擾，從而極大的提高了紡絲射流密度和電紡納米纖維產(chǎn)率。

創(chuàng)造靜電紡絲的未來

創(chuàng)新性、價值性，可行性、效益性，是科學發(fā)展必然遵循的一些原則，靜電紡絲的探索同樣如此。劉延波以多年靜電紡絲過程原理研究和試驗研究為基礎，對現(xiàn)有靜電紡絲技術進行了重新分類，將其分為毛細式靜電紡絲技術（包括針頭式、微孔式和噴嘴式靜電紡）和非毛細式靜電紡絲技術（包括各類無針頭式靜電紡），并指出未來靜電紡絲技術的發(fā)展方向應該是毛細式和非毛細式電紡機理的組合，即取兩者之優(yōu)點，去兩者之缺點，以強強聯(lián)合的方式，打造靜電紡絲的未來。

在劉延波的目標中，未來的技術應該是這樣的——實現(xiàn)基于電流體自發(fā)射、封閉式可控喂液、高效高產(chǎn)，并可連續(xù)、安全、穩(wěn)定地制備結(jié)構(gòu)均勻納米纖維和電紡膜的新型靜電紡絲技術。她將這種技術稱為“閃電紡”技術。

有了目標，就有了前行的方向。劉延波帶領團隊通過基于流場穩(wěn)定鋪展的流體力學原理初步建立閃電紡紡絲噴嘴模型，再通過電場 - 流場 - 電場分步耦合模擬、電場強度增益和分布均勻性改善，最終獲得了最佳噴嘴結(jié)構(gòu)模型。

試驗結(jié)果表明：閃電紡技術具有可控連續(xù)喂液、過程穩(wěn)定、低電壓、低能耗、高安全性以及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)特點；所紡納米纖維（14% PAN 為例）平均直徑 358 nm，CV=11.2%；直徑 10 mm 的閃電紡單噴嘴的 PAN 納米纖維產(chǎn)率為42 g/h，是傳統(tǒng)單針頭產(chǎn)量的 897 倍（干重）。

由此可見，閃電紡納米纖維制備技術突破靜電紡絲產(chǎn)能瓶頸，引領了靜電紡絲的未來技術，為實現(xiàn)靜電紡絲的工業(yè)化和商業(yè)化，奠定了堅實的技術基礎。

在未知的世界探索，不動搖、不含糊、不偏離，不懈怠，是科研工作者成績斐然的思想基礎。毫無疑問，劉延波，就是這樣一位堅定的探索者。

多年來，她，不僅主持或參與國家自然科學基金項目 5 項、省部級項目 5 項，主持橫向項目 20 余項，發(fā)表論文 100 余篇，獲授權PCT 國際發(fā)明專利 1 件，中國發(fā)明專利 16 件，還曾獲天津市科技進步獎一等獎、 二等獎，江蘇省科學技術獎三等獎，中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科學技術進步獎一等獎，以及英國皇家化學學會（RSC） “Llectropsinning Book”獎等多項榮譽。

然而，面對成績和榮譽，劉延波始終保持平常心。她深知：作為一名新時代的奮斗者，要同時間賽跑，同時代并進，無論何時，都要將創(chuàng)新和奮斗，視為搖籃和起點，唯有如此，才能不忘初心，方得始終。

心懷希望，目有星辰。未來，劉延波將繼續(xù)追風趕月，砥礪前行；繼續(xù)運用所學，所悟，助力中國電紡納米纖維產(chǎn)品技術的發(fā)展。

免責聲明：市場有風險，選擇需謹慎！此文僅供參考，不作買賣依據(jù)。

關鍵詞：