1、靜電紡絲納米纖維納米纖維能做什么？朱自明 目 錄1輕子公司簡(jiǎn)介2靜電紡絲納米纖維及其運(yùn)用3納米纖維電池隔膜技術(shù)4納米纖維電池隔膜產(chǎn)業(yè)化案例1. 公司簡(jiǎn)介佛山輕子精密測(cè)控技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱輕子測(cè)控）成立于2014年7月，位于佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院。注冊(cè)資金1000萬(wàn)元?，F(xiàn)有員工20余人，碩士學(xué)歷占70%以上，建有納米纖維研究實(shí)驗(yàn)室、精密檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)實(shí)驗(yàn)室。2. 公司專家團(tuán)隊(duì)介紹陳新度教授，廣東工業(yè)大學(xué)王晗教授，廣東工業(yè)大學(xué)林立偉教授，加州伯克利大學(xué)孫道恒教授，廈門(mén)大學(xué)鄭高峰教授，廈門(mén)大學(xué)公司專家團(tuán)隊(duì)成員都是是精密測(cè)量領(lǐng)域、微納加工領(lǐng)域的專家。3. 合作單位戰(zhàn)略合作單位：廣東

2、省微納加工技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院佛山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)中心佛山市固高自動(dòng)化技術(shù)有限公司 目 錄1輕子公司簡(jiǎn)介2靜電紡絲納米纖維及其運(yùn)用3納米纖維電池隔膜技術(shù)4納米纖維電池隔膜產(chǎn)業(yè)化案例1. 紡絲工藝對(duì)比靜電紡絲法：絲徑均勻，平均200nm，孔隙率高，比表面積大，可用材料廣?？蓪?shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)。還未成熟。熔噴技術(shù)，絲徑較大，平均2微米以上，工藝復(fù)雜，設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格高。已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，但還不成熟。相分離法：工藝復(fù)雜，可控性差，還未用于工業(yè)生產(chǎn)2. 靜電紡絲技術(shù)原理技術(shù)要素：1. 高壓電源； 2. 毛細(xì)管； 3. 金屬導(dǎo)電材料收集板纖維空中運(yùn)動(dòng)形貌

3、納米纖維電鏡形貌3. 靜電紡絲技術(shù)分類1）遠(yuǎn)場(chǎng)電紡2）氣泡紡3）蜘蛛紡4）多噴頭紡絲5）近場(chǎng)電紡6）微分熔體靜電紡絲4.1 靜電紡絲運(yùn)用重金屬吸附A) Schematic illustration for the preparation of the obtained nanobrous membrane, B) SEM images for the hierarchically structured TPEE/IOs nanobrous membranes (The inset shows the corresponding high-resolution image), and C) Sc

4、hematic illustration for the adsorption and reduction of Cr(VI) on the surface of TPEE/IOs nanobers. 吸附原理有：直接吸附；化學(xué)反應(yīng)；表面改性重金屬吸附的效果4.2 靜電紡絲運(yùn)用 油水分離纖維多孔微結(jié)構(gòu)纖維疏水性測(cè)試?yán)w維吸油和吸水實(shí)驗(yàn)不同材料的吸油性對(duì)比3.3 防菌抗菌含銀納米纖維膜纖維中分散的納米銀主要運(yùn)用領(lǐng)域：創(chuàng)傷敷料4.3 靜電紡絲運(yùn)用 家居護(hù)理除汗味、尿味、血液味、腥味、殺菌、防止痔瘡。常識(shí)：纖維絲徑越小，與肌膚的貼合性更好，對(duì)藥物的載送效果更佳。同時(shí)納米纖維膜孔隙率可達(dá)80%，透氣性好

5、，可攜帶更多精華液。絲徑對(duì)比：常規(guī)納米纖維絲徑：200-400nm；加工參數(shù)調(diào)控可達(dá)5nm；蠶絲蛋白絲徑：10m納米纖維蠶絲蛋白纖維4.4 靜電紡絲運(yùn)用 美容面膜美容面膜PK無(wú)紡布面膜無(wú)紡布尤其是純棉的，敷感柔潤(rùn)舒服，密封性好，但是透氣性一般，精華液少時(shí)會(huì)翹起不服帖，更多需要躺著敷才能達(dá)成完美效果。PK蠶絲面膜輕薄，服帖性好，透氣性好，但是承載精華液一般，因?yàn)楸?，所以承載精華液有限，很多都留在面膜袋，或者在敷的過(guò)程中精華液容易流到脖子上。生物纖維面膜，服帖性好，同時(shí)透氣不滴水，低敏性，產(chǎn)品中蘊(yùn)含著類似于人本表皮細(xì)胞核狀中空的生物活性體，通過(guò)特殊的工藝，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)10天與人體體溫相同的恒溫培養(yǎng)，

6、從而將營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)入中空的生物活性體內(nèi)，使用時(shí)只有當(dāng)產(chǎn)品與皮膚溫度一致且毛孔張開(kāi)的情況下，營(yíng)養(yǎng)成分才會(huì)緩慢地通過(guò)毛孔進(jìn)入皮膚深層，呈現(xiàn)了完全吸收營(yíng)養(yǎng)的飽滿及不滴水的傳奇現(xiàn)象。納米纖維面膜優(yōu)勢(shì)：高濃度精華液；高粘合性；高傳導(dǎo)性；高滲透性；高融合性；殺菌性；可降解；含水量500-1000倍；無(wú)反吸收4.5 靜電紡絲運(yùn)用 環(huán)保過(guò)濾行業(yè)4.6 靜電紡絲運(yùn)用 金屬防腐傳統(tǒng)涂漆靜電紡絲PK靜電紡絲法優(yōu)勢(shì)：納米纖維具有柔軟性，當(dāng)納米纖維直接噴射到室外需防腐金屬上時(shí)，金屬熱脹冷縮時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)裂紋，從而可以繼續(xù)保護(hù)金屬，而油漆因熱脹冷縮后會(huì)出現(xiàn)裂紋，雨水會(huì)浸泡金屬，從而失去防腐效果。4.7 靜電紡絲運(yùn)用 鋰離子電

7、池隔膜 目 錄1輕子公司簡(jiǎn)介2靜電紡絲納米纖維及其運(yùn)用3納米纖維電池隔膜技術(shù)4納米纖維電池隔膜產(chǎn)業(yè)化案例幾種聚合物材料的力學(xué)性能介紹聚酰亞胺介紹聚酰亞胺是目前工程塑料中耐熱性最好的品種之一,有的PI可長(zhǎng)期承受290高溫,短時(shí)間承受490的高溫,在如此高的溫度下,短時(shí)間內(nèi)基本上可以保持原有的物理性能。另外,聚酰亞胺可耐極低溫,如在-269的液態(tài)氦中不會(huì)脆裂。聚酰亞胺納米纖維的制作PMDA-ODA均聚聚酰胺酸的合成1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)與4,4-二苯醚二胺(ODA)于低溫下在DMAc中機(jī)械攪拌24小時(shí),制備質(zhì)量濃度為10%的PMDA/ODA聚酰胺酸溶液聚酰亞胺納米纖維電池隔膜P

8、I納米纖維膜性能測(cè)試熱收縮率不同溫度下電紡 PI 納米纖維膜熱收縮率測(cè)試。（a）未熱處理的 PI 膜；（b）（i）為 50、70、90、110、130、150 及 190下恒溫?zé)崽幚韮尚r(shí)后的 PI 膜。各圖中左側(cè)為對(duì)比參照物（1.5 英寸圓硅片），右側(cè)為放置在 1.5 英寸硅片上的PI 納米纖維膜。PI 納米纖維膜各方向收縮一致，無(wú)方向性。這與商業(yè) PP、PE隔膜有很大的差異，商業(yè) PP、PE 的熱縮性具有各項(xiàng)異性，機(jī)械拉伸方向的熱縮率較高。PI納米纖維膜性能測(cè)試熱收縮率PI 納米纖維膜 90熱處理后收縮較為明顯。經(jīng)測(cè)量，50至 190熱處理后收縮率逐漸增大，分別為 0.84%、 1.07%

9、、 1.89%、 3.28%、 3.40%、 4.08%、4.54%以及 4.71%，另外經(jīng) 200恒溫?zé)崽幚韮尚r(shí)后 PI 納米纖維膜的收縮率為4.78%。PI 納米纖維膜熱縮率擬合曲線PI納米纖維膜性能測(cè)試熱收縮率各個(gè)條件下 SEM 圖近年來(lái)鋰電池的安全問(wèn)題波音787飛機(jī)由于鋰電池內(nèi)部短路造成的安全事故。電動(dòng)汽車自燃電動(dòng)公交自燃充電寶爆炸電池內(nèi)部短路！電池隔膜惹的禍！自閉合功能的耐高溫隔膜設(shè)計(jì)PVDF-PI納米纖維混紡PVDF 高聚物的熔點(diǎn)大約在 160左右，而 PI 高聚物具有高熱穩(wěn)定性及熔點(diǎn)。PVDF 和 PI 高聚物通過(guò)合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可獲得一種具有自閉合功能的耐高溫隔膜，且 PVDF

10、和 PI 的熔點(diǎn)溫度差可防止由于熱慣性導(dǎo)致的膜破損，在高溫下依舊保持隔膜的尺寸穩(wěn)定性。電紡 PI/PVDF/PI 三明治復(fù)合多孔膜。隔膜可以避免電池的內(nèi)短路以及由此造成的熱失控甚至爆炸。PI 與 PVDF 共混纖維膜 PI 和 PVDF 納米纖維 SEM 圖以及纖維直徑分布直方圖。（a）電紡 PI納米纖維；（b）電紡 PVDF 納米纖維；（c）PI 納米纖維放大圖；（d） PVDF 納米纖維放大圖；（e） PI 納米纖維直徑分布直方圖；（f） PVDF 納米纖維直徑分布直方圖。隔膜基本參數(shù)PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜和 PP 商業(yè)隔膜（南通天豐電子新材料有限公司）基本參數(shù)對(duì)比。（a）（b

11、）隔膜接觸角對(duì)比 （a）PP 商業(yè)隔膜；（b）PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜隔膜基本參數(shù)熱重分析結(jié)果對(duì)比 （a） PP 商業(yè)隔膜；（b） PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜。PP 商業(yè)隔膜在 150左右開(kāi)始熔化，并在 200左右開(kāi)始分解，而 PVDF 在 160就開(kāi)始有少量分解，這可能是因?yàn)?PVDF 在高溫下分解部分小分子引起的，但在接近 600左右 PI 才開(kāi)始分解。就整體而言，PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜具有更好的熱穩(wěn)定性，使得電池內(nèi)部即使高溫也可以阻止正負(fù)兩極的直接接觸，而PVDF 在較低溫度下就開(kāi)始熔化，有助于實(shí)現(xiàn)自閉合功能。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜熱縮率商業(yè) P

12、P 隔膜和電紡膜在 2 小時(shí)熱處理前后的光學(xué)形貌對(duì)比。其中，未進(jìn)行熱處理的有（a、e），其余熱處理溫度分別為：（b、f）90；（c、g）160以及（d、h）180。（b）（h）的紅色箭頭表示隔膜的機(jī)械拉伸方向，所插入的數(shù)值代表隔膜的熱縮率。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜熱縮率（eh）單獨(dú)對(duì)比了 PVDF 和 PI 納米纖維膜的熱縮情況。當(dāng)熱處理溫度為 160時(shí)，PVDF 納米纖維膜轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鳡?，依?jù)第三章所觀測(cè)膜微觀結(jié)構(gòu)可知此時(shí) PVDF 納米纖維已經(jīng)熔化坍塌，并已經(jīng)開(kāi)始收縮。當(dāng)溫度上升至 180時(shí) PVDF 納米纖維膜已經(jīng)熔化并收縮嚴(yán)重，而至此 PI 納米纖維膜基本保持不變，故 PI/P

13、VDF/PI 復(fù)合電紡隔膜在 180內(nèi)引起的收縮應(yīng)是 PVDF 納米纖維膜的變形引起的，但支架 PI 保持隔膜不變形。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜自閉合功能PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜經(jīng)過(guò) 170熱處理 2 小時(shí)后的 SEM 圖。（a）PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜中 PI 納米纖維保持原貌而 PVDF 納米纖維成為連續(xù)無(wú)孔薄膜；（b）三層纖維膜交匯處特寫(xiě)；（c）無(wú)孔洞 PVDF 薄膜的 SEM 特寫(xiě)圖。（c）的特寫(xiě)圖進(jìn)一步證實(shí)了當(dāng) PVDF 納米纖維熔化形成連續(xù)薄膜后其表面不存在明顯通孔。這意味著，當(dāng)鋰離子電池內(nèi)部的溫度升高到一定階段時(shí)， PVDF 納米纖維膜將熔化形成無(wú)孔連

14、續(xù)薄膜，借此有效切斷鋰離子在兩電極間的傳輸通道、自動(dòng)關(guān)斷鋰離子電池的運(yùn)行以阻止熱失控的出現(xiàn)。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜電化學(xué)性能含 PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜的 CR2016 扣式電池的電壓與電流隨時(shí)間變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中，隔膜處理?xiàng)l件如下：（a）未熱處理；（b）160熱處理；（c）170熱處理；（d）180熱處理。各條件下熱處理時(shí)間為 1 小時(shí)。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜電化學(xué)性能常溫下，PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜與 PP 商業(yè)隔膜的交流阻抗測(cè)試。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜在30 至 70條件下的交流阻抗譜。雖然 PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜的厚

15、度為 50um 左右，大于 PP 商業(yè)隔膜的厚度（40um），但其表現(xiàn)出的阻抗卻在 0.70.8 范圍，僅為 PP 商業(yè)隔膜阻抗的 1/3 左右。單獨(dú)對(duì) PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜在 30、 40、 50、 60 及 70溫度環(huán)境下檢測(cè)其交流阻抗頻譜。結(jié)果隨溫度的上升交流阻抗值在不斷減小。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜電池循環(huán)壽命的影響（a）PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜與（b）PP 商業(yè)隔膜充放電電壓電容關(guān)系，第 1、5、10、50 及 100 個(gè)循環(huán)。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜首個(gè)循環(huán)不穩(wěn)定，而第 5 個(gè)循環(huán)及后續(xù)循環(huán)均穩(wěn)定，這是因復(fù)合電紡隔膜孔隙率較高、比表面積大

16、，電解液填充孔隙并與納米纖維緊密結(jié)合需要一定時(shí)間造成的，且圖中充放電曲線的交點(diǎn)逐漸向右移動(dòng)，這意味著電池內(nèi)阻逐漸減小，性能逐漸提升。相反，PP 商業(yè)隔膜的充放電曲線的交點(diǎn)逐漸向左移動(dòng)，這意味著電池內(nèi)阻逐漸增大，性能逐漸降低。從容量上看，兩種電池都隨著充放電次數(shù)的增加而衰減，但含 PP 商業(yè)隔膜電池的容量衰減速度明顯高于 PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜的電池。這歸功于 PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜的高孔隙率。PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡隔膜總結(jié)頂層及底層的 PI 納米纖維層作為隔膜的支撐骨架；中間層 PVDF 在約 170左右溫度下實(shí)現(xiàn)自閉合功能。實(shí)現(xiàn)了 200高溫下小于 5%熱縮率的目標(biāo)；200 充放電循環(huán)后依舊保持約 96%的放電比容量；PI/PVDF/PI 復(fù)合電紡膜是一種具有高熱穩(wěn)定性、孔隙率、吸液率、離子電導(dǎo)率、比容量保持率、低內(nèi)阻以及可實(shí)現(xiàn)自閉合功能的隔膜。高溫阻抗測(cè)試后隔膜形貌變化 （a）PI/PVDF/PI；（b）PP 目 錄1輕子公司簡(jiǎn)介2靜電紡絲納米纖維及其運(yùn)用3納米纖維電池隔膜技術(shù)4納米纖維電池隔膜產(chǎn)