如果沒有低價而高效的製造納米級物體，納米技術的前景就無法實現，而這些納米級物體必須進一步防止其聚集。對於納米顆粒來說尤其如此，與普通顆粒不同，其具有特殊的光學、電子、磁性或催化特性。在電紡絲纖維中加入功能性納米粒子是電紡絲研究的一個熱門課題。

　　近日，美國加州理工研究人員通過一步電紡絲在光滑納米纖維上自發形成納米顆粒，這是一種低成本且可擴展的製備高表面複合材料的方法。含有質子導電電解質的納米纖維層，即磷酸銫二氫氫銫，由與聚合物混合的透明溶液均勻地沉積在大面積的基質上。在一定條件下，通常光滑的納米纖維在其外表面上大量生成磷酸二氫銫納米顆粒。從電紡絲纖維的橫斷面圖中看出，納米顆粒來自於纖維內部的電解質，這些電解質在纖維沉積後被輸送到外層表面。納米顆粒在纖維表面的存在，使其表面的電解質面積增大，最終提高了電催化性能。與使用最先進電極製造的燃料電池相比，用納米纖維-納米顆粒複合物的電極製造的固體酸性燃料電池產生更高的電池電壓。相關研究成果以「Spontaneous formation of nanoparticles on electrospun nanofibres」為題發表於國際著名期刊Nature Communications上。

圖1 靜電紡絲過程的示意圖。 這種納米顆粒修飾的納米纖維是由透明溶液一步製成的，其中含有溶解的磷酸氫銫(CDP)和聚合物。在浸入溶液中的旋轉電極上形成多個泰勒錐。在收集電極上吹熱空氣，使得能夠在低聚合物濃度下進行靜電紡絲。具有CDP納米顆粒的均勻纖維大面積沉積。

　　由納米顆粒修飾的納米纖維組成的膠束狀複合結構的自發形成過程如圖所示。為了在工業生產中顯著提高納米纖維的產量，該研究使用無噴嘴電紡絲而不是傳統基於噴嘴的電紡絲來生產這些結構。該工藝首先製備了一種與聚合物添加劑混合的透明溶液。當靜電力超過液體表面張力時，在滾筒表面形成多個泰勒錐，開始電紡絲過程。當納米纖維在沉積過程中和沉積後固化時，納米顆粒晶體在其表面自發形成。

圖2 初紡複合材料樣品的掃描電子顯微鏡圖像。圖像顯示納米顆粒修飾的磷酸二氫銫（CDP） -聚乙烯基吡咯烷酮（PVP） -聚苯胺（PANI）樣品作為PVP濃度的函數。PVP濃度高於30mg/mL時不存在聚合物珠粒。纖維上納米顆粒的尺寸和密度隨著PVP濃度的增加而增加。PVP濃度為30 mg mL-1，平均纖維直徑最小。比例尺代表1μm

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文章來源：易絲幫

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