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同轴静电纺丝制备核壳纳米纤维及其应用
2022/10/18 9:14:20 易丝帮

导语

同轴静电纺丝技术可制备出具有特殊结构和功能的核壳纳米纤维,这些核壳纳米纤维在生物医用、能源电池、催化剂、传感器等领域都具有潜在的应用价值。但是,同轴静电纺丝制备核壳纳米纤维时,对参数调控的要求要比普通静电纺丝高!为了帮助大家更好地学习同轴电纺核壳纳米纤维制备方法,本期分享6篇关于同轴静电纺丝制备核壳纳米纤维的最新研究论文。

 

1、中国海洋大学王焕磊教授ACS Appl. Mater. Interfaces( IF10.383):CoZn纳米颗粒@中空碳管助力高性能钾金属电池


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➣挑战:由于钾元素含量丰富,金属钾电池(PMB)是低成本和大规模能源存储系统具有潜在的应用前景。但钾电池循环过程中,体积变化大,枝晶生长严重,阻碍了其应用。

 

➣方法:中国海洋大学王焕磊、刘帅副教授采用同轴静电纺丝法制备了CoZn半相干界面结构纳米颗粒嵌入氮掺杂空心碳管(CoZn@HCT)电极。

 

➣创新点1:由于高亲钾性CoZn半相干结构纳米颗粒和大的金属钾存储空间,K金属CoZn@HCT宿主具有均匀的K形核和稳定的嵌入/脱出(在1 mA cm-2和电流密度下1 mA h cm-2稳定循环1000小时)。

 

➣创新点2:在(CoZn@HCT@K||PTCDA)全电池中实现了良好的循环稳定性和速率能力,增强了电化学性能。

https://doi.org/10.1021/acsami.2c12058

 

2、四川大学华西口腔医院罗恩教授Mater. Today Bio ( IF 10.761) :同轴TP/APR纳米纤维在牙周炎相关牙槽骨缺损模型中的应用


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➣挑战:牙周炎是一种损害牙周组织并导致牙齿脱落的病理性牙齿疾病。由于复杂的牙周微环境,牙周炎相关牙槽骨缺损的骨再生仍然是一个挑战。

 

➣方法:四川大学华西口腔医院罗恩教授开发了一种程序化核壳纳米纤维,允许茶多酚(TP)和AdipoRon (APR)的顺序和受控释放,以控制炎症和促进骨再生,修复牙周炎相关的牙槽骨缺损。

 

➣创新点1:释放曲线的结果表明,TP在早期快速释放,APR随后持续释放。体外实验表明,程序化核壳纳米纤维降低了炎症微环境中促炎细胞因子的水平,并增加了成骨分化。

 

➣创新点2:在体内实验中,程序化核壳纳米纤维改善了牙周组织炎症并改善了牙槽骨再生。

https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100438

 

3、北京化工大学邓建平教授&赵彪副教授Adv. Fiber Mater. ( IF 12.958):手性螺旋聚合物静电纺多色可调和白色发光复合纳米纤维

 

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➣挑战:具有圆偏振发光特性(CPL)的手性功能微/纳米材料在3D光学显示、手性光电器件、CPL开关、光学传感器和不对称催化等领域受到广泛关注。然而,迄今为止报道的CPL材料通常显示出有限的发光颜色。

 

➣方法:北京化工大学邓建平教授&赵彪副教授通过采用单轴静电纺丝技术制备了多色可调的CPL纳米纤维,采用同轴静电纺丝制备了白光CPL纳米纤维。

 

➣创新点1:根据PSA的螺旋手性和荧光染料的类型,获得了镜像和多色可调CPL纳米纤维。多色可调CPL纳米纤维在最大CPL波长下具有10-3–10-2量级的glum值。

 

➣创新点2:白光CPL纳米纤维,其核壳结构具有良好的可调性,可物理隔离不同的荧光染料,实现高glum值(10-3)的稳定白光CPL发射。

https://doi.org/10.1007/s42765-022-00196-x

 

4、青岛大学龙云泽教授J. Colloid Interface Sci.( IF 9.965 ) :具有冷却、抗菌和愈合特性的冰核壳复合纳米纤维用于户外烧伤

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➣挑战:烧伤易受细菌感染,难以治疗。当烧伤伴有高温时,皮肤上累积的热量会使大量组织损伤。大多数敷料注重治疗过程,忽略了对皮肤降温的急救治疗。尤其在户外,很难找到清洁的水来清洗和冷却烧伤皮肤。

 

➣方法:青岛大学龙云泽教授和张俊副教授开发了一种手持式同轴静电纺丝装置,用于制备富含血小板的血浆@聚己内酯-ε-聚赖氨酸 (PRP@PCL/ε-PL) 核壳纳米纤维。

 

➣创新点1:纳米纤维在纺丝过程中可以同步转化为冰纤维,并直接沉积在皮肤上。整个过程方便户外使用。通过双冷却机制,利用纳米纤维消除烧伤区域的多余热量。首次同时实现了冷却和烧伤区域的修复处理。

 

➣创新点2:这种手持式同轴静电纺丝的直接原位沉积,获得了更好的抗菌性能和更快的愈合性能。采用降温、抗菌、促进愈合相结合的综合策略,烧伤恢复时间由21天缩短至14天。

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2022.09.051

 

5、日本信州大学的森川英明教授和朱春红副教授ACS Nano( IF 18.027 ) :用于可穿戴个人热管理的三模热调节柔性纤维膜

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➣挑战:热存储相变材料(PCMs)可根据温度变化吸收和释放潜热,具备温度调节能力。将相变材料与柔性纺织品结合可用于个人热管理。然而,由于PCMs工作时间有限性和相变温度区间的相对固定,其热调节能力受到限制。

 

➣方法:日本信州大学的森川英明教授和朱春红副教授通过同轴静电纺丝以及逐步表面修饰工艺,构建多层次芯-鞘纤维结构,实现相变材料石蜡的有效包覆,以及多种光热材料(碳纳米管、聚多巴胺、PEDOT:PSS)的协同组装,并且高导电涂层PEDOT:PSS还赋予其优异的焦耳加热性能。

 

➣创新点1:碳纳米管CNT在聚氨酯PU壳上的超声辅助装饰实现了碳纳米管的充分、均匀负载,且保留了单根纤维的形状和膜的多孔结构,并能够增加纤维表面的粗糙度,有利于聚多巴胺PDA的粘附。

 

➣创新点2:良好的蓄热能力源于同轴静电纺丝技术对PCMs的有效封装,通过表面改性技术引入多种光吸收剂,产生协同的光热效果,并且导电涂层实现良好的电热转换性能。

 

➣创新点3:相变、光热和电热的协同提供了多种热调节途径,并使得光热和电热产生的能量通过相变材料进行存储和释放,在可穿戴个人热管理中具有广阔的应用潜力。

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04971

 

6、北京科技大学李从举教授Chem. Eng. J.(IF 16.744):探索构建 Co/Co3O4-Ni/NiO 异质界面改性大孔互连中空碳纳米纤维

 

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➣挑战:对于粉末催化剂,要添加绝缘聚合物粘合剂来制作电极,这不利于储能装置中离子/电子的传输。因此,迫切需要一种无粘结剂的电极来克服电导率、质量和电荷储存/传输的瓶颈。

 

➣方法:北京科技大学李从举教授团队以聚苯乙烯-共聚物-丙烯腈(SAN)为模板材料,采用同轴静电纺丝和热解法制备中空纳米纤维。通过微调ZIF-8的粒径和静电纺丝参数,得到了大孔互连空心碳纳米纤维。

 

➣创新点1:提出了一种新型多级结构的 Co/Co3O4-Ni/NiO 掺杂的大孔互连中空碳纳米纤维 (Co/Co3O4-Ni/NiO@MHCNFs) 作为 Li-O2 电池的自支撑和无粘合剂催化剂。

 

 ➣创新点2:Co/Co3O4-Ni/NiO修饰的自支撑大孔互连空心碳纳米纤维(MHCNFs)电极表现出显著的电化学性能,包括长期循环163次,最大容量(16623 mAh/g)。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138252


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