DOI: 10.1016/j.matdes.2021.110308

本研究描述了一种应用于交流（AC）静电纺丝工艺的新型技术参数，以提高聚己内酯（PCL）电纺纳米纤维（ENF）的静电纺丝性能和生产率。高压交流受波形和频率变化的影响，然而，上述参数对PCL静电纺丝性能的总体贡献尚不清楚。在本研究中，假设PCL ENF的静电纺丝性能、形态、直径和生产率取决于交流高压信号的波形和频率。本文证实了波形和频率对稳定纤维羽流的形成和PCL ENF形态有着显著影响。因此，针对方形、正弦和三角波形，分别获得了三峰（珠子、纺锤和螺旋）、双峰（珠子和纺锤）和单峰结构的ENF形态。此外，波形的频率直接影响每单位长度的珠子和/或纺锤的数量。方波显示出比正弦波（16.5±0.3g/h）和三角波（6.9±0.2g/h）更高的生产率（23.6±0.4g/h）。本研究提出了一种通过调节交流高压信号形状和/或频率来大规模制备PCL ENF的简单方法，并且其具有获得一系列PCL ENF形态的附加优势。

图1.AC静电纺丝装置的示意图。

图2.（a）电流体动力学不稳定性和射流喷射与不同波形的时间和电压的函数关系（∆tS和∆tT分别为正弦波形和三角波形电压极性变化之间的时间间隔）；（b）和（c）分别在较低和较高频率下生成虚拟收集器；（d）和（e）分别在较低和较高频率下形成纤维状羽流和电荷中和点；（f）在不同频率下具有各种波形的纳米纤维羽流的图像。

图3.不同波形和频率下PCL ENF的SEM图像。

图4.（a）和（c）分别为30Hz下方波和正弦波形产生的PCL ENMs的SEM图像；（b）和（d）在方波和正弦波的相应频率下，每单位长度的珠子和纺锤总数。（b）和（d）中的插图显示了随频率变化的每单位长度珠子和/或纺锤的数量。

图5.（a）纤维直径与交流高压信号波形和频率的函数关系，（b）在较低和较高频率下的聚合物射流，（c）PCL纤维直径与交流高压信号波形和频率的函数关系直方图。

图6.PCL ENF的生产率与波形和频率的函数关系。

图7.PCL ENF的FTIR光谱与波形和频率的函数关系。