摘要：近年来，纳米技术飞速发展，纳米材料成为各大学者的研究热点。静电纺丝是制备纳米材料和微细纳米结构最简单最切实可行的方法，也是一种具有广泛应用前景的技术。通过静电纺丝制备的超疏水材料在油水分离、膜蒸馏、防腐涂层、隐身材料、传感材料等方面具有极大的应用前景。20世纪90年代静电纺丝引起人们的广泛关注和研究，这些研究推动了静电纺丝的快速发展，并为超疏水材料带来一系列新的制备方法。笔者简要介绍了静电纺丝的基本原理和超疏水理论，重点阐述了利用静电纺丝制备超疏水功能材料的最新研究进展并对其性能进行分析比较。
关键词：静电纺丝，超疏水，功能材料
引言:受到自然界许多动植物的启发，如荷叶、水黾等，超疏水材料应运而生。人们通过细心的观察发现它们都具备了相似的共同点，荷叶的表面呈现粗糙的微观形貌，才有了莲花的出淤泥而不染。水黾的腿部也存在微纳米结构，才可以自由的在水面上行走或奔跑。他们的这种结构可以和水面形成“空气垫”，所以防止了表面被水润湿，也就达到了疏水的效果。超疏水材料的出现，应用在了很多领域，如防水、防雾、防污染、自清洁及油水分离，为我们的 生活带来了便利，起着至关重要的作用。理想的超疏水材料通常被认为具有超疏水、超亲油性能、高吸油能力以及低吸水率、低密度、环保无公害，对各种油类具有良好的可回收性。
热敏电阻1静电纺丝的原理和装置
静电纺丝是静电雾化的一种形式，也称电纺，它通过一个外加强电场，使聚合物溶液或熔体在喷射孔形成喷射流，同时在静电场中进行拉伸，形成纤维固化在接收板上。在外加电场和表面张力的作用下，液滴被拉长成一个Taylor圆锥。静电纺丝设备通常由高压电源、喷头、注射泵、收集平台等装置构成。余干乌黑鸡
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2静电纺丝碳基纳米材料
碳纳米材料超级电容器具有大比表面积、快充放电速率和长循环寿命等优点，在为可穿戴电子设备供电方面具有广阔的应用前景。碳纳米纤维（CNF）作为一种高性能的电极材料，在储能/转换系统中具有多功能性，一直以来都被人们作为一种高性能的电极材料来研究。碳基材料具有许多吸引人的优点，但作为超级电容器电极的碳基材料必须保持较高的
比表面积和合适的孔结构，才能有效地形成双电层结构。玉米淀粉是一种天然储量丰富的廉价材料，在用作电极材料时具有优异的性能，以玉米淀粉为碳源，聚乙烯醇（PVA）为电纺剂，采用静电纺丝法制备碳纳米纤维。初生的碳纳米纤维经预氧化、1500℃真空炭化和CO2活化得到绿碳纤维。最后通过在醋酸钴溶液中浸渍镀膜和在空气中煅烧得到了纯碳纳米纤维。以聚苯乙烯-聚丙烯腈共聚物为核，聚丙烯腈/聚乙烯吡咯烷酮混合物为壳，采用同轴静电纺丝和相分离工艺制备了高含氮量的纳米纤维（PHCNF），该结构在15kW/kg功率密度下的能量密度为4.12Wh/kg，10000次充放电循环电容保持率为92.33%。聚丙烯腈基碳纳米纤维在稳定过程中会在短时间内放出大量热量，不能用于工业生产中制备碳纤维，并在水热合成和后续制备时很容易折断，限制了其实际应用，一般可以用改变原料性质和在外部加保护层方法进行优化。例如，以聚丙烯腈-co-β-衣康酸氢酯共聚物为先驱体，制备了柔性中空碳纳米纤维，该纤维可以自由弯曲而不断裂；将N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、聚丙烯腈的聚合物溶液进行静电纺丝，然后进行炭化，得到碳纳米纤维（CNF）。碳纳米纤维通过电镀包裹在柔性的银壳中，可以同时实现柔性、高电化学性能和长期稳定性的三合一。
3超疏水材料的制备及相关润湿理论
超疏水材料是指水的接触角超过150°，滞后角低于10°的表面材料。超疏水现象可用表面润湿理论进行解释，表面润湿理论主要有Young方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型以及滚动角等。Young方程是一种理想的模型，而Wenzel模型和Cassie-Baxter模型是Young方程的后续完善，主要阐述了表面结构对表面润湿行为的影响。滚动角则反映接触角的滞后现象，与前进角和后退角的差值相等。另外，研究表明Wenzel模型与Cassie-Baxter模型可能同时存在，也可以在动态过程中相互转换。超疏水材料制备的关键在于表面的化学组成和几何微观结构。当固体表面张力低于液体且表面较为粗糙时，材料表面往往表现为憎液。因此要获得超憎液表面，一般有2种方法：一是在低能材料表面上构建粗糙结构；二是在粗糙材料表面接枝低表面能基团。另外在常见液体中，水的表面张力约72ｍＮ/ｍ，而油的表面张力远小于水（如正十六烷的表面张力为27.5ｍＮ/ｍ），所以超疏水/超亲油表面是能够构造的。
4静电纺丝制备超疏水材料以及其功能
4.1油水分离
近几年由于漏油事故对环境造成了严重的破坏，而具有特殊润湿性的油水分离材料，可以
方便有效地处理含油废水。许多研究学者利用静电纺丝制备超疏水膜，用于治理油水污染。采用电纺烧结工艺制备了耐腐蚀性好、机械稳定性强可在恶劣环境中进行油水分离WCA为155.0°，SA为5.1°的超疏水聚四氟乙烯膜。利用静电纺丝法制备了高通量、高分离效率、可重复油水分离的聚酰亚胺基纳米纤维膜，并进行表面改性得到了WCA大于153°，该膜在油水分离和溢油清理上有很高的应用价值。将金纳米粒子嵌入聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜中用十二硫醇进行表面修饰，制备了WCA高达155.5°、油接触角（OCA）为0°的超疏水复合膜。该膜具有较高的油水分离效率和优异的催化降解能力。但该方法制备的膜成本较高，不适宜推广使用，应考虑用其他粒子代替金纳米粒子。将电纺和冷冻干燥结合制备了WCA大于150°，SA为2.1°的SiO2微/纳米纤维膜。该膜耐高温和化学腐蚀，对油的吸收能力达到43.7g，在油水分离和溢油处理方面有巨大的优势。但需要在低温条件下进行纺丝，会造成溶剂的不完全挥发，使整个丝之间发生粘连，因此整个过程的纺丝难度较大。
4.2超疏水过滤材料
超疏水过滤材料在油水分离过程中，由于其疏水亲油性，油通过而水被排斥，从而实现了
儒林外史的讽刺艺术油水混合物的分离。超疏水过滤材料最具代表性的材料有金属、纺织物、以及聚合物膜等网膜材料。通常用低表面能物质对网膜材料进行修饰，在网膜材料上包覆纳米粒子来构筑微纳米粗糙结构，最终得到具有优异性质的超疏水亲油网膜材料。国内研究较广泛的超疏水金属网格材料有不锈钢网、铜网和钛网等，这些金属网格孔隙比较大，力学性能优异，制造工艺简单，价格低廉。采用水热法制备了超疏水不锈钢网膜。将清洗干净的不锈钢网在食人鱼溶液中羟基化。然后将羟基化的不锈钢网浸入到LDHs(Ni－AlLDHs)混合溶液中，在120℃下结晶获得粗糙表面。接着将结晶的不锈钢网在室温下浸入到PFTS的乙醇溶液中，使不锈钢网具有低表面能。经过冲洗烘干处理得到的不锈钢网膜具有良好的超疏水性，水接触角为156°，滑动角为5°，具有自洁性。对油水混合物的分离高达98%。该方法操作简单，防水性好，耐久性好，有望成为潜在的油水分离材料。采用树脂粘接法制备了超疏水不锈钢网。将硬脂酸修饰后的粉煤灰用环氧树脂粘接在不锈钢网骨架表面，通过高倍显微镜观察不锈钢表面，改性后的不锈钢网表面呈一定粗糙度的微纳米分级结构，静态水接触角高达153°。此外，具有良好的机械稳定性和超疏水耐久性，其表面经过机械磨损100次后水静态接触角仍高达141°。该材料用于多种油或有机溶剂与水混合液的分离中，分离效率均高于94%。
结束语
张欧亚（1）增强电纺超疏水膜其他方面的性能，如力学性能、光学性能、电磁性能等，改善膜的耐磨性，增强机械性能和折叠性能，使膜在多次折叠后依然具有超疏水性能，不会对膜的结构造成破坏将是今后的一个发展方向。（2）当前一些电纺超疏水材料的制备工艺较为复杂，因此研究制备工艺简单、环境友好、价格低廉、性能稳定的超疏水功能材料具有重大意义。
参考文献
[1]陈悦,赵永欢,褚朱丹,等.基于碳纤维及其织物的柔性锂电池电极研究进展[J].纺织学报,2019,40(2):173-180.
[2]孙显强.纳米纤维可穿戴的高性能的超级电容器的制备与研究[D].郑州:中原工学院,2019.
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