2010年1月7日 星期四

給我電壓 然後我噴給你看! electrospinning

高電壓的流體有很多有趣的性質,這是在加高壓後產生Taylor Cone然後爭先恐後飛奔而出的液體:P

相關學術文獻

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(http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%9D%9C%E9%9B%BB%E7%B4%A1%E7%B5%B2)

靜電紡絲(Electrospinning)聚合物分子放在注射器中,當溶液被打入通電的金屬針頭,高壓電在噴嘴的外圍會創造一個三角錐狀的液體形狀被電場吸引到噴嘴下方幾英吋距離的目標物表面,噴出的聚合物經延展後而變為奈米級纖維。在噴出時,百萬分之一秒內電場會使聚合物分子排成一線而成為纖維絲。實際上他們是其拉動並延展細絲使其比一般微米噴嘴所製造出來的纖維細一千倍,最後的成品直徑約為150 nm。

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http://etdncku.lib.ncku.edu.tw/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=etd-0726107-121756
徐嘉鴻 碩士論文 摘要
聚羥基丁酸酯(PHB) 為一對環境無害之天然性生物可分解(相容性)之材料。在醫藥及生物材料上有廣泛的應用性,具發展潛能可取代現今一些塑膠材料。
本研究所得纖維主要是利用氯仿及氯仿/N,N-二甲基甲醯胺共溶劑溶解PHB形成均勻溶液後以電紡絲法來製備,但因氯仿具揮發性,會造成不銹鋼針頭前端之 Taylor cone乾涸形成膠狀物中斷電紡絲製程,因此可利用氮氣攜帶飽和氯仿蒸汽包覆Taylor cone的方式加以克服此難題。

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http://pc01.lib.ntust.edu.tw:1793/ETD-db/ETD-search-c/view_etd?URN=etd-0714109-164705
蔡晟豪 碩士論文 摘要
本研究以靜電紡絲製作PVDF薄膜,並探討其溶劑比例、溶液濃度、電場電壓和收集距離等參數,以製作最佳化ES PVDF膜。而後混入不同濃度之Pluronic F127,在最佳參數條件下製成ES PVDF-F127薄膜。使用SEM觀察薄膜表面型態,進一步以TGA和DSC分析膜的熱性質,凝血時間、蛋白質和血小板吸附作為血液相容的評估,最後以纖維母細胞L929進行細胞增生實驗測試。
由結果知ES PVDF-F127膜纖維直徑為205nm,孔徑大小為0.1μm,凝血時間並無異常,蛋白質和血小板吸附量大幅減少。在細胞增生方面纖維母細胞L929比之ES PVDF膜有明顯增加情形。

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http://thesis.lib.stut.edu.tw/theabs/site/sh/detail_result.jsp?id=095STUT0428037
何信法 碩士論文 摘要
電紡是生產奈米纖維的重要技術,它利用高壓電場的力量將帶電荷的高分子溶液在靜電場中流動,然後經溶劑蒸發固化而得到纖維狀物質。奈米纖維是指直徑為奈米尺度(1~100nm)且長度較大的纖維材料,可採用物理方法開發具有奈米結晶尺度的聚酯纖維,使合成纖維具有天然纖維的特性,讓所生產的布料具有保型性及舒適感。但電紡最大的缺陷就是產出量極低,典型的單噴頭噴出量在ml/h的範圍,解決方法在於大量噴頭的平面或線性組合。但在大量的噴嘴裝置中,電場的互相干擾使得噴出的結果尚未能充分理想化,因此電腦模擬是有其必要的。
本論文共進行三項研究:一、以粒子在模擬格的技術來模擬電紡過程中空間電場的分布。二、應用電紡技術製備PVA溶液纖維,觀察在不同噴射距離、電壓及 PVA濃度下所形成的纖維結構。三、將PVA纖維薄膜置入水槽中進行大氣壓下鹽離子的滲透實驗,觀察不同濃度鹽的導電性及離子移動率,與濾紙做對照比較。
以粒子在模擬格的技術來模擬在軸向、角向電場及其作用力的空間電場分布,來探討如何控制纖維所帶電荷及噴出前後的電場分布,發現軸向電場不一定指向收集板,而複雜的電場交互作用則是造成實驗中鞭態不穩定的主因。
使用PVA溶液在5~15KV的電壓下於30分鐘的時間內形成數cm2的奈米纖維薄膜,隨著電壓及噴射距離的增加,厚度會變得越來越薄,直徑會變得越來越小。但隨著PVA濃度的增加,厚度會逐漸變薄,直徑則會逐漸增大。由本實驗結果發現,改變電壓與距離其意義是不一樣的。距離加長使得表面電荷作用的時間加長,使纖維拉得更細。反過來在薄膜厚度的影響上,因為高電壓賦予纖維較大的動能,使得薄膜擴散得較快,最薄的薄膜厚度只有20μm左右,這在其他方法很難達到。
我們以奈米纖維薄膜與微米濾紙作比較,以鹽為主要溶質,發現在低離子濃度時,奈米纖維與微米濾紙的滲透率相近,而高離子濃度時,奈米纖維薄膜對離子的阻攔力較強,推測原因為奈米纖維的表面積大,凡德瓦力強,累積的表面離子多,牽制了離子的移動。
在未來的研究上,假如能在奈米纖維加上奈米顆粒,則可利用物理性質擴展其功能和用途。

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