1、LOGO簡易簡易法法制備仿生制備仿生多通道微納米管多通道微納米管 Center of Molecular Sciences, Institute of Chemistry, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080,P. R. China, Graduate School of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, P. R. ChinaCompany Logoabstract自然界微納米管道結構自然界微納米管道結構 1制備納米微管結構制備納米微管結構2納米微管結構應用及前景納米微管結構應

2、用及前景3我的一點設想我的一點設想4Company Logov自然界的多通道微納米管道結構自然界的多通道微納米管道結構 1、許多植物的莖具有中空多通道微米管，這使其在保證足夠強度的、許多植物的莖具有中空多通道微米管，這使其在保證足夠強度的前提下可以有效節約原料及輸運水和養分；前提下可以有效節約原料及輸運水和養分； 2、鳥類的羽毛具有多通道管狀結構，這可以極大地減輕重量以及保、鳥類的羽毛具有多通道管狀結構，這可以極大地減輕重量以及保溫；溫； 3、許多極地動物能夠在嚴寒的環境中生存下來，也是因為其皮毛具、許多極地動物能夠在嚴寒的環境中生存下來，也是因為其皮毛具有多通道或多空腔的微納米管狀結構賦予其

3、卓越的隔熱性能。有多通道或多空腔的微納米管狀結構賦予其卓越的隔熱性能。 Company Logov自然界的多通道微納米管道結構 形態學解剖顯示植物的莖的微米級別多通道微管Company LogoHot Tipv自然界的多通道微納米管道結構 鴨子羽毛的納米結構模型鴨子羽毛的納米結構模型 鴨子羽毛的納米網狀微觀結構鴨子羽毛的納米網狀微觀結構 Company Logov自然界的多通道微納米管道結構北極熊的每一根毛發都擁有中空結構Company Logo制備納米微管結構的方法同軸靜電紡絲法同軸靜電紡絲法復合噴射電紡絲復合噴射電紡絲靜電紡絲法靜電紡絲法即聚合物噴射靜電即聚合物噴射靜電拉伸紡絲法，是一拉伸

4、紡絲法，是一種制備直徑種制備直徑10 nm-10 m的超細單通的超細單通道納米纖維的重要道納米纖維的重要方法方法 基于靜電紡絲法制基于靜電紡絲法制備超長納米管的方備超長納米管的方法，制備的納米管法，制備的納米管為單通道為單通道可制備內部通道數可制備內部通道數目可控的多通道目可控的多通道TiO2微納米管微納米管 工藝工藝原理原理創新創新應用及前景應用及前景Company Logov靜電紡絲法靜電紡絲法此法使聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電，帶電的聚合物液滴受電場力作用在一端封閉的毛細管Taylor錐頂點被加速。當電場力足夠大時，聚合物液滴克服表面張力形成噴射細流。細流在噴射過程中溶劑蒸發

5、,落在接收裝置上固化，形成類似非織造布狀的纖維氈。用靜電紡絲法制得的纖維比用傳統紡絲方法的細得多，直徑一般在數十到上千納米 Company Logov同軸靜電紡絲法同軸靜電紡絲法 基于靜電紡絲法發展而來。由兩個不同直徑的同軸基于靜電紡絲法發展而來。由兩個不同直徑的同軸毛細管組成的噴絲頭，兩種不同的液體，分別注入毛細管組成的噴絲頭，兩種不同的液體，分別注入毛細管的內層和外層，可制得納米管或者核毛細管的內層和外層，可制得納米管或者核-殼納米殼納米纖維。纖維。Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 工藝工藝 以三孔道微管（TCT）為例置于塑料注射器中三根金屬 毛細

6、管放置與等邊三角形的 三個頂點，作為內部液體通 道和電極兩種不相溶粘性液體（inner &outer fluid）如圖以適當的 流速注入不同的地方outer fluid:乙醇的 Ti(OiPr)4 和聚（乙烯基吡咯烷酮）溶 液 inner fluid:商業可用無公害 石蠟油經符合流體電紡絲工藝在另 一極獲得纖維膜烘焙清除產品中的有機物Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 成品成品場發射掃描電子顯微鏡（SEM）獲得的三通道微管側視圖（平均d=2.3um）透射電子顯微鏡（TEM） 內部通道是對應inner Fluid移除后的空缺Company Logo

7、v多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 成品成品Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 原理原理Outer fluid具有導電性能 ，接收板接地，加上電壓后，聚合物溶液與接收板之間存在靜電高壓電場，電壓升高，靜電作用增大，克服液體表面張力作用通液滴由球狀被拉伸為錐狀，形成Talyor錐，其在高壓電場作用下發生震蕩，產生不規則螺旋運動，過程中噴射流被迅速分裂或單一細化，同時溶劑迅速揮發，外液迅速固化，在接收板上形成一定形態的聚合物纖維。 Inner fluid不導電，但受壓于外部液體的活動，形成與外部液體形狀互補的細絲Company Logov多液

8、體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 創新創新（同軸）靜電紡絲法：局限于兩種液體；不可用于產生 復合成分材料 多液體復合噴射電紡絲技術：通道可控，直徑可控； 表面粗糙度可控；厚度可控；內部隔脊形態可控； 方法簡單，前景良好； 獨立標示通道；良好的機械穩定性；更大的表面積體 積比 復合組分的一維微/納米材料；改變內部液體成分，可 獲得多核-殼納米纖維；不同成分納米級尺度無相互反 應的結合在一起 Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 應用及前景應用及前景 納米纖維最大的特點就是比表面積大導致其表面性能和納米纖維最大的特點就是比表面積大導致其表面性能和

9、活性的增大，從而產生了小尺寸效應、表面或界面效應、活性的增大，從而產生了小尺寸效應、表面或界面效應、 量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等在化學、物理量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等在化學、物理(熱、熱、 光、電磁等光、電磁等)性質方面表現出特異性。納米纖維廣泛應用性質方面表現出特異性。納米纖維廣泛應用 在服裝、食品、醫藥、能源、電子、造紙、航空航天等領在服裝、食品、醫藥、能源、電子、造紙、航空航天等領 域。域。 Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 應用及前景應用及前景v 纖維紡織服裝纖維紡織服裝 國外近年來在納米纖維服裝方面的研究很活躍，報道也較多。如國外

10、近年來在納米纖維服裝方面的研究很活躍，報道也較多。如美國軍隊系統指揮部和阿克隆大學正在聯手開發能用于服裝的納米纖美國軍隊系統指揮部和阿克隆大學正在聯手開發能用于服裝的納米纖維材料，利用納米纖維的低密度、高孔隙度和大的比表面積制作多功維材料，利用納米纖維的低密度、高孔隙度和大的比表面積制作多功能防護服。這種納米纖維織物具有很多微孔，能允許蒸汽擴散，既有能防護服。這種納米纖維織物具有很多微孔，能允許蒸汽擴散，既有所謂可呼吸性，又能擋風和過濾微細粒子。對氣溶膠的阻擋實現了對所謂可呼吸性，又能擋風和過濾微細粒子。對氣溶膠的阻擋實現了對生物武器和化學武器及生物化學有毒物質的防護，而可呼吸性又保證生物武器

11、和化學武器及生物化學有毒物質的防護，而可呼吸性又保證了穿著舒適性。了穿著舒適性。 Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 應用及前景應用及前景v 碳納米管碳納米管 作為新的超級氫吸附劑是一種很有前途的儲氫材料，它的出現將作為新的超級氫吸附劑是一種很有前途的儲氫材料，它的出現將推動氫氧燃料電池汽車及其它用氫設備的發展，并有可能做成燃料推動氫氧燃料電池汽車及其它用氫設備的發展，并有可能做成燃料電池驅動車。隨著能源危機和環境污染的日益嚴重，如何有效利用氫電池驅動車。隨著能源危機和環境污染的日益嚴重，如何有效利用氫能成為解決這一問題的關鍵。但儲氫環節一直沒能突破。能

12、成為解決這一問題的關鍵。但儲氫環節一直沒能突破。1998年，年，美國美國Rdriiguez等報道納米石墨纖維在等報道納米石墨纖維在12 MPa下的儲氫容量高下的儲氫容量高達達23.33L(氫氫)g(納米石墨纖維納米石墨纖維)比現有的各種儲氫技術的儲氫比現有的各種儲氫技術的儲氫容量高容量高l-2個數量級。個數量級。 v Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 應用及前景應用及前景v 據最近出版的研究報告據最近出版的研究報告納米纖維納米纖維:技術與市場發展技術與市場發展稱，全球納米稱，全球納米纖維市場預計纖維市場預計2007年底將增加至年底將增加至4800萬美元

13、，萬美元，2005年市場值為年市場值為4020萬美元，萬美元，2006年已增加到年已增加到4320萬美元，預計萬美元，預計2012年將達年將達到到1.76億美元，億美元，2017年將增加至年將增加至8.25億美元，復合年均增長率億美元，復合年均增長率(CAGR)分別為分別為30%和和36%。納米纖維銷售額增長的推動力，主。納米纖維銷售額增長的推動力，主要來自這些材料在機械要來自這些材料在機械/化工行業的應用，尤其是制造業的過濾材料。化工行業的應用，尤其是制造業的過濾材料。僅過濾行業需求將由僅過濾行業需求將由2007年的年的3530萬美元增加至萬美元增加至2012年的年的1.276億美元和億美元

14、和2017年的年的5.217億美元，復合年均增長率分別達億美元，復合年均增長率分別達29.3 %和和32.5 %。增長最快的行業當屬電子應用領域，將由。增長最快的行業當屬電子應用領域，將由2007年的年的220萬美元激增至萬美元激增至2012年的年的720萬美元，而萬美元，而2017年將年將增加至增加至1.379億美元，增長率分別為億美元，增長率分別為42.7 %和和60.4 %。 Company Logov多液體復合噴射電紡絲技術多液體復合噴射電紡絲技術 應用及前景應用及前景v 另一個重要的行業是能源領域，將由另一個重要的行業是能源領域，將由2007年的年的790萬美元，增加至萬美元，增加至

15、2012年的年的2900萬美元，到萬美元，到2017年可能達到年可能達到1.163億美元，復合億美元，復合年均增長率分別達年均增長率分別達29.7 %和和32 %。納米纖維傳統定義為圓筒結構。納米纖維傳統定義為圓筒結構且外徑小于且外徑小于1000 nm和一個寬高比和一個寬高比(長度和寬度的比值長度和寬度的比值)大于大于50的的纖維材料。多年來，已開發的幾種納米纖維材料包括纖維材料。多年來，已開發的幾種納米纖維材料包括:高分子，碳，高分子，碳，陶瓷，玻璃，金屬及復合材料。納米纖維目前和潛在用途包括電子，陶瓷，玻璃，金屬及復合材料。納米纖維目前和潛在用途包括電子，機械，化工，傳感器及儀器儀表，能源，醫療，生物工程，汽車，航機械，化工，傳感器及儀器儀表，能源，醫療，生物工程，汽車，航空，散熱和隔音設備，日用消費類品以及國防和安全等。空，散熱和隔音設備，日用消費類品以及國防和安全等。 Company Logov我的一點設