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掃描電鏡在靜電紡絲中的應用

 發布時間:2022-11-18 點擊量:456
靜電紡絲技術是目前為止獲取納米纖維簡單有效的方法之一。它具有比表面積大、孔隙率高等特點,因而可廣泛應用于高效過濾材料、生物材料、高精密儀器、防護材料、納米復合材料等領域。

利用掃描電鏡可以即時對紡絲品形貌進行表征,從而改善紡絲的工藝參數。

紡絲纖維形貌分析

影響靜電紡絲纖維的因素有很多:紡絲液自身的性質如聚合物種類、濃度、導電性、添加劑等;紡絲參數設置如外加電壓、噴絲頭與接收板之間的距離、紡絲速度等;甚至外界環境溫度、濕度等因素都會對最終結果造成影響。利用 Phenom SEM 可以快速地進行樣品成像,第一時間獲取紡絲纖維的形貌圖片,對不同因素的影響規律進行分析。

如下述案例中 (A)、(B) 所示,為在不同參數條件下紡得的纖維,纖維的直徑、形貌均有較大差異。案例中 (C)、(D) 分別為添加無機鹽的紡絲纖維退火前后的掃描電鏡(SEM)圖片,可以發現纖維的形貌差異較大,退火前為致密的扁平狀纖維,退火后,有機成分分解,無機鹽結晶形成具有二級結構的纖維。
   
  

靜電紡絲-A.png  靜電紡絲-B.png

靜電紡絲-C.png  靜電紡絲-D.png

不同工藝條件紡絲纖維 SEM 圖

紡絲纖維全自動直徑統計

靜電紡絲工藝對紡絲纖維的直徑影響較大,而紡絲纖維直徑又與性能息息相關。為了對靜電紡絲工藝進行評價,需要統計大量的紡絲纖維直徑,而傳統的人工統計費時費力,還可能存在人為統計誤差。Phenom 飛納臺式掃描電鏡搭載的 FiberMetric 軟件結合了 AI 算法,可以全自動地進行紡絲纖維的識別和纖維直徑的測量。

如案例所示,通過 FiberMetric 對采集到的多幅纖維 SEM 圖進行處理,軟件自動識別、測量纖維直徑并可以生成纖維直徑的分布圖,快速的完成紡絲纖維直徑分析。

纖維界面.jpg

FiberMetric 全自動纖維粒徑統計界面

紡絲纖維原位拉伸分析

拉伸臺.jpg

飛納電鏡拉伸臺

靜電紡絲纖維通常不具備較高的抗拉性能,但是隨著其應用領域的廣泛化,人們對于這種具有優異過濾性能的新型輕量化材料提出了更多的性能需求,如耐火性能、拉伸性能、抗疲勞性能等,以適應更多維度的使用場景。在下方案例中所示為具有一定厚度的紡絲布,進行預制裂紋處理后粘附在拉伸臺上,這些紡絲在拉伸過程中也會隨著預制裂紋位置的應力集中逐漸開裂。通過對拉伸臺速度的調控,可以使用更慢的速度來重現這一過程,此結果可以幫助研究者更好地判斷靜電紡絲的纖維走向與失效方式之間的聯系,從而提出改進方案。 
 

紡絲纖維原位拉伸.png

紡絲纖維的原位拉伸實驗

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