易丝帮
易丝帮首页 > 深度观点 > 正文
“新能源与生物医学领域”电纺大有作为
2018/5/11 13:51:51 易丝帮 0 条评论 邀请点评

“新能源与生物医学领域”电纺大有作为

——访北京化工大学的刘勇教授

编者按:201611月,第四届中国静电纺丝大会在北京化工大学举办,刘勇教授与同事们一起周密组织、热情服务,使大会举办的非常成功,也正是那次会议让小编有幸领略刘教授的学术风采。在中国静电纺丝队伍里,刘勇教授是中坚力量,其科研成果卓著。刘教授的团队在离心溶液电纺、离心熔体电纺、新能源、生物医药等领域,产生了一系列重要的研究成果。检索专利数据库,你会发现刘教授课题组的专利获批多项,尤其关于静电纺丝装置与离心静电纺丝。日前,刘勇教授接受了易丝帮(www.espun.cn)的专访。

ESPUN:您为什么热衷于电纺丝技术制备纳米纤维材料这一领域的呢?

刘勇教授:静电纺丝的诞生并不是特别早,它比较新,大约1980年左右才正式得到大家的广泛认识,九十年代一些科学家开始研究静电纺丝,到了2000年才逐渐地推广开来。静电纺丝是一种新型高分子材料加工技术,尤其是它贴合了纳米科技的发展趋势,能够将高分子原料直接制造出纳米级纤维,而纳米级纤维又有很多特殊性能,诸如纤维直径小、比表面积大等,因此静电纺丝技术是很有发展前途的,我的实验室一直在从事着静电纺丝方面的研究。

ESPUN:离心电纺是您的一个特色研究课题,能不能给我们讲一讲?

刘勇教授:一开始我们一直研究熔体静电纺丝,后来我觉得它存在一些缺点,比如纺丝效率仍不能满足我们的需要,所以结合离心纺丝,发展出一种离心静电纺丝技术。离心静电纺丝既可以纺溶液也可以纺熔体,纺丝效率很高,纤维性能优良。作为我们课题组的一个特色研究方向,离心静电纺丝目前在国内乃至世界范围内,从事该研究的人员还不是特别多,尤其是离心熔体电纺,应该很有发展前途。离心电纺在原理和设备上与普通的针纺都有所区别,针纺是靠一根针,在高压静电场中,通过静电力对液体的拉伸,产生鞭动,导致溶剂快速挥发或热量迅速散失而形成超细纤维。普通电纺有个缺点,就是效率比较低。离心电纺既有离心力又有静电力,它是两种作用力共同作用到高分子的分子链段上,作用力更强,并且拉伸效果非常好,因为需要旋转,所以设备肯定跟传统的不太一样。实际上这里面的离心力是一种虚拟的力,液滴在旋转过程中,应该还受科氏力等。这里面还有很多科学问题,我们也在深入研究当中。目前离心电纺还存在一些难点,比如温度的测量,现在测量温度采取热电偶的形式,但测温不是特别准,我们仍在寻找更好的解决方案,现已有初步的思路。如果能把测温问题有效解决,那么纺丝工艺参数会控制地更精确。

ESPUN: 您课题组主要在静电纺丝哪些应用领域进行研究,未来有什么计划?

刘勇教授:目前我们的研究主要集中在新能源与生物医药两个领域,未来我们计划继续在这两个领域开展研究。能源方向,特别是新能源,比如说太阳能电池、燃料电池。我们觉得这两种电池在未来会很有发展前途,并且能够解决当前社会上的一些问题,比如环境污染,所以我们重点发展静电纺丝纳米纤维在新能源领域的应用。静电纺丝实际上是做电池里面的一小部分,比如在太阳能电池里面,有一个染料敏化太阳能电池,它有一个染料层,需要与TiO2充分结合,TiO2需要大的比表面积,而静电纺丝纳米纤维正好能做到大的比表面积,所以我们把TiO2纺成纳米纤维,经过烧结,这样的话直径更小,比表面积更大,与染料结合更多,有利于提高染料分子中光生电子的传导效率,另外我们通过结构调控,从各方面来提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率。燃料电池,多数是以氢气作为燃料,这种氢气不通过燃烧,而是通过一种电化学反应,把氢气的化学能量转化成电能,它的转化效率要比普通燃油汽车高的多,因为普通燃油汽车要经过燃烧,里面有大量热能损失,而氢气通过催化剂作用下,不经过燃烧,直接将化学能转化成电能,这样的话它的能量利用率比较高,并且它只有水产生,没有二氧化碳,没有任何污染性气体,所以燃料电池应该是很有发展前途的。我们在这里面做了两方面的工作,一方面是燃料电池里面的质子交换膜,用静电纺丝的方法尝试做了一块膜,目前来看性能不错。另外一个工作是做了一个膜电极,在静电纺丝纤维上面有一些催化剂——铂碳催化剂,氢气会扩散到催化剂层里面,在催化剂表面氢气会发生一些电化学反应,正好利用了纳米纤维的多孔、比表面积大的特点,可以提高质子生成效率。我们的另一大块(研究领域)就是生物医学方面,像血竭、膏药、乏氧探针都在做尝试,目前出了一些成果,还有一部分正在研究当中。举个例子,血竭是传统的名贵中药,油溶性,像胡萝卜素似的,在人体当中溶解性不佳,为了提高它的利用率,我们通过跟纳米纤维结合,对其进行表面处理,使其有效物质溶解得更多,大大提高了血竭的利用率。另外我们还有一些其他方面的应用,比如最近我们用离心熔体静电纺丝纺聚乳酸纤维,做成一定的结构,用在生物肌腱恢复上,这项研究发表于BIOFABRICATION. 2017, 9(4).  (DOI: 10.1088/1758-5090/aa8fb8)

ESPUN:您在电纺丝领域的这一系列成果是否有产业化可能呢?

刘勇教授:电纺产业化的时代已经开始,目前中国已有不少于十家在做产业化的事情。尤其在口罩过滤方面,已经做得非常好,用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜能够有效地阻隔PM2.5。将来随着工业化发展,我觉得会有更多的企业投入到静电纺丝方向中来。目前我的课题组也在尝试,如果有机会的话,我们也想把离心静电纺丝做到产业化。

ESPUN:您认为静电纺丝产业化的难点在哪?

刘勇教授:静电纺丝作为一项新技术,需要一个发展的过程。首先静电纺丝技术还未达到非常成熟的地步,仍在发展当中;另外静电纺丝产品的性能还有待于提高;第三,希望通过宣传推广,得到国家有关部门的重视,从而推动该产业的发展。目前静电纺丝技术及其产品作为一种新生事物,人们只是远观一下,如何让普通大众也能深入了解到静电纺丝产品的优良性能,需要得到广泛的宣传。希望大家一起努力,使静电纺丝产业得到快速发展,并学以致用,将各种先进研究转化成生产力,进而促进该产业造福社会。

ESPUN:您招研究生一般希望学生具备什么素质?

刘勇教授:我喜欢招具有独立意识,能够不怕困难的学生。因为在搞科研的过程中,你会发现任何一步往前走都会碰到或大或小的困难,在这个过程当中虽然会遇到困难,但是坚持克服困难的过程就是不断成长的过程,不仅自身收获非常大,相信研究成果也不差。所以,我一直很欣赏那些自主意识强,不停地向目标努力,克服所有困难的学生,对自己的学生我也一直这样要求他们。目前我的课题组有13人,未来计划再招几个博后,也欢迎对电纺感兴趣的学生报考我课题组。

后记
采访约在了刘勇教授在北京化工大学的实验室里,实验室干净整洁,学生全都专注于实验,瞬间就能感觉这是一支有朝气的团队。他向我们透露目前正在筹备一本离心静电纺丝的英文著作,主要探讨关于熔体静电纺丝、离心静电纺丝的工艺参数,分子链的运动情况以及离心电纺的专利,书稿已基本成型并提交出版社。未来最让刘教授感兴趣的静电纺丝应用课题一个是新能源,另一个是生物医学。他说,“新能源为大众提供便利,生物医学则与健康息息相关,都是造福大众的好事”。在北化工作十年,除了必须的出差开会,刘教授几乎每天泡在实验室,对科研他有自己的追求,相信不久的将来,他在静电纺丝领域定会大有所为。

 

文章关键词: 新能源,生物医学
相关资讯
我来说两句 邀请点评 全部 0 条


关于我们 | 加入我们 | 网站声明 | 网站导航 | 友情链接 | 联系我们
Copyright © www.espun.cn 易丝帮 版权所有 备案号京ICP备13046089
未经书面授权,所有页面内容不得以任何形式进行复制