DOI:10.1038/s41598-020-74542-7

控制环境湿度水平，从而与静电纺丝溶液射流的水分相互作用产生一系列有趣的聚合物纤维形态特征，这些特征包括纤维的表面褶皱、折痕和表面/内部孔隙率。在此，通过将远场静电纺丝（FFES）的文献数据和近场静电纺丝（NFES）的实验数据进行互相关，作者提出了一种理论模型，该模型可以从现象学上解释由溶解在水溶性或极性溶剂中的疏水聚合物组成的静电纺丝溶液形成纤维微结构的原理。该经验模型为溶剂蒸汽蒸发如何阻止或破坏水蒸气在静电纺丝射流上的冷凝提供了一项定量评估。因此，在发生蒸汽冷凝的情况下，纤维表面或主体将形成形态特征。对聚苯乙烯、聚（甲基丙烯酸甲酯）、聚L-乳酸、聚己内酯等多种聚合物体系进行了测试和验证。研究指出，就系统对环境湿度的敏感性而言，这与FFES和NFES的运行方式不同相关。本研究提出的模型可进一步用于指导创建所需纤维微结构的过程。

图1.（a）膜浇铸，（b）NFES和（c）FFES技术用于制备聚合物纤维毡和超细纤维结构的示意图。

图2.拟议方案展示了在两种聚苯乙烯（PS）溶液系统的空气/基质界面处水分（水蒸气分子）和溶剂蒸气分子之间相互作用的连续阶段：（a）PS-THF系统，其中（i）浇铸膜带有光滑的表面纹理，（ii，iii）远场静电纺丝（FFES）制备的纤维带有多孔表面纹理。（b）PS-DMF系统，其中（i）浇铸膜和（ii）FFES纤维均具有相似的表面和内部不均匀性。

图3.（a）图像说明了由（i）PS-DMF溶液系统和（ii）PS-THF溶液系统制成的NFES聚苯乙烯（PS）纤维的不同表面微观结构。（b）从Lu等人的FFES著作中重新获得的PS纤维的微观结构。（c）从Megelski等人的FFES著作中重新获得的PS纤维的微观结构。在（b和c）中，每个微结构都用一个标识符标记，并分为以下三类：黑色标签表示光滑的纤维表面，红色标签表示多孔/有纹理的纤维表面，以及黄色标签表示过渡（边界）。（d）与不同PS纤维制备条件相关的Aw和`p的映射。正方形符号表示由（a）中与NFES相关的条件得出的值；圆形符号表示（b）中的FFES；三角形符号表示（c）中的FFES。WCA为水接触角。（注意：红色虚线表示Aw≈`p的过渡条件。如果从左手边到右手边越过该线，将穿过水相互作用区域到无水相互作用区域）。

图4.（a）从Li等人的FFES著作中重新获得的PMMA纤维的微观结构。（b）从Bae等人的FFES著作中重新获得的PMMA纤维的微观结构。（c1和c2）从Putti等人的FFES著作中重新获得的PCL纤维的微观结构。（d）在不同FFES条件下与PMMA或PCL相关的Aw和`p的映射。圆形符号表示由（a）的实验条件得出的值；三角形符号表示由（b）的条件得出的值；正方形符号表示由（c1）的条件得出的值；叉号表示由（c2）的条件得出的值。红色虚线表示Aw≈`p的过渡条件。

图5.本研究中引用的所有实验工作的f值汇总。在条形图中，边界指示上限值和下限值，其中用于评估纤维微结构的所选值表示为条形值。插图为FFES的进一步放大。