纤维结构决定纤维的形貌，开发功能性纤维必须从调控纤维的结构入手。多孔结构能够大幅增加纳米纤维的比表面积，拓宽其应用范围，提高在相关领域的应用性能。在催化剂、过滤材料、电极材料、传感器、组织工程、伤口敷料和人工血管等方面都具有广泛的应用前景。因此，静电纺多孔纳米纤维受到研究者广泛的关注，相关研究呈逐年增加的趋势（图1）！如何简单、快速、可控地制备多孔结构纳米纤维也成为研究热点！

图1 静电纺多孔纳米纤维的相关研究逐年增加！（DOI: 10.3390/polym14193990）

调控静电纺丝过程中的湿度

在高环境湿度下，聚合物溶液射流在空气中被电场力拉伸，高速运动。在这个过程中，溶剂迅速挥发，使空气中的水蒸气在射流表面冷凝，形成水滴，纤维干燥后形成多孔的表面结构。可见，通过控制环境湿度就可以轻松、快速、可控地制备多孔结构纳米纤维。

图2 成孔机理和环境湿度对静电纺聚苯乙烯纤维形貌的影响。

这就需要静电纺丝设备在硬件配置上尤其增强对内部纺丝环境的控制。比如，永康乐业的ET-2535AC静电纺丝机。该型号类似手套箱的机型，加强了对内部纺丝环境的控制，可精准控制温湿度，实验重复性高。采用进口压缩机，高效调控湿度，从而很好的调控产品形貌，优化产品性能，得到最佳实验数据。

图3 永康乐业ET-2535AC型号

调控纤维接收器的温度

溶剂的蒸发在静电纺丝纤维表面的孔隙形成中起着重要作用。因此，若改变收集器的温度，纤维沉积到上面以后，接收器的表面温度可以影响纤维中残余溶剂的挥发，从而快速、可控地制备多孔结构纳米纤维。例如，Kim等人报道了收集器温度对纳米纤维膜的表面形貌、孔隙结构以及孔隙大小、深度、形状和分布等性能有很大影响。因此，可以通过改变收集器的温度可精准调控孔隙大小、孔隙深度和孔隙分布等拓扑结构。

图4. 静电纺丝PLLA纤维的SEM图像与收集器温度的关系；（a） 室温（21℃），（b）40，（c）50，（d） 60和（e）70℃。

图5：PVDF纤维的SEM图，收集于不同温度的加热收集器c 30℃； d 50℃；e 70 ℃；f 90 ℃。

为了满足更多科研需求，永康乐业开发了一款可加热的滚筒接收器。该加热滚筒接收器采用医用不锈钢材料，表面温度最高可加热至100℃，转速可以调节。不仅可以在纺丝过程中直接调控纤维的多孔形貌，还能一步实现热交联（图5），提高材料的力学性能。

图6 北京永康乐业可加热滚筒接收器。

碳化热处理方法是一种制备多孔结构纳米纤维常用方法之一。但是，该方法一般先需要进行固化处理，再进行碳化。步骤较繁琐，耗能且过程不可控！因此，使用加热接收器更快速、更可控、更方便！另外，利用可加热接收器，不仅可以改变材料的晶体结构，拓宽其应用领域；还可以利用材料的温敏特性制备功能化纤维膜。

图7 热处理方法制备多孔结构纳米纤维。

综上可以看出，通过调控纺丝空间湿度、或者使用加热滚筒接收器可以简单、快速、可控地制备多孔结构纳米纤维。从而，提高纳米纤维的性能，赋予纳米纤维多功能，并拓宽纳米纤维的实际应用范围。

参考文献：

1、Xianyang Cao, et al. Electrospun Porous Nanofibers: Pore−Forming Mechanisms and Applications for Photocatalytic Degradation of Organic Pollutants in Wastewater. Polymers. 2022. DOI: 10.3390/polym14193990

2、Chi Hun Kim, et al. Effect of Collector Temperature on the Porous Structure of Electrospun Fibers. Macromolecular Research. 2006. DOI: 10.1007/BF03219069

3、Tingping Lei, et al.Electrospinning of PVDF nanofibrous membranes with controllable crystalline phases. Applied Physics A. 2015. DOI: 10.1007/s00339-015-9197-x

4、Wang He, et al. Micro-meso porous structured carbon nanofibers with ultra-high surface area and large supercapacitor electrode capacitance. Journal of Power Sources. 2021. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.228986