材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法及系统。所述系统包括注射器单元、高压静电发生器单元及收集装置，所述注射器单元、收集装置分别与高压静电发生器单元的正极、负极相连，所述注射器单元和/或收集装置还与一驱动与传动装置连接，所述驱动与传动装置至少用以驱使所述注射器单元和/或收集装置沿选定方向自由移动。所述方法包括：通过高压静电发生器单元、驱动与传动装置及旋转装置的控制，使所述静电纺丝液通过静电纺丝技术在待原位包覆的材料表面原位形成静电纺丝纳米纤维薄膜。本发明专利技术可有效实现不同厚度、孔隙率、不同直径纳米纤维隔膜在材料表面均匀原位包覆，大大降低界面接触电阻。

Method and system of in-situ electrospinning nanofibre film coated on material surface

【技术实现步骤摘要】
材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法及系统
本专利技术涉及一种原位静电纺丝设备，具体涉及一种在材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法及系统，属于储能领域及纤维超级电容器领域。
技术介绍
纳米纤维在生物医学、食品、储能、机械、环保等多个领域具有广泛的应用前景。静电纺丝因其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备有机、有机/无机复合和无机纳米纤维的主要途径之一。目前，业界大量的研究工作致力于静电纺丝装置的设计、静电纺丝溶液的配置来制备不同组成、不同直径大小、不同孔隙率、不同物理化学特性、结构可控、高质量的静电纺纳米纤维膜。公开号为CN104018237A的中国专利涉及一种静电纺丝隔膜厚度调节装置以及使用该静电纺丝膜厚度调节装置的静电纺丝机；公开号为CN108893788A的中国专利涉及一种静电纺丝装置，通过改造纺丝喷射装置，来解决现有的多针静电纺丝技术存在的针头容易出现堵塞和生产效率低的技术问题；公开号为CN107829157A的中国专利涉及一种静电纺丝技术，通过PLC对舵机进行相应控制，使得位置多维改变与纳米纤维形状改变可以在同一设备实现，得到高质量的静电纺丝纳米纤维薄膜。现有技术中基于不同静电纺丝设备得到的高质量纳米纤维薄膜，然后根据实际应用，手动包覆在材料表面，应用在食品包装及保鲜、高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等方面。但是这些现有技术均存在一些问题，例如：手动包覆静电纺丝纳米纤维薄膜在材料表面，工艺复杂、组装繁琐、成本高、耗时、组装出来的结构粗糙难控制、静电纺纳米纤维薄膜灵活性太差(只能实现所要包覆的材料单面包覆)；包覆的静电纺丝纳米纤维薄膜与被包覆的材料表面形成较差的纳米界面结构性能，例如界面吸附性差、界面接触电阻高、界面结构不稳定。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法及系统，以克服现有技术的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统，其包括用以盛装静电纺丝液的注射器单元、高压静电发生器单元及收集装置，所述注射器单元与高压静电发生器单元的正极相连，所述收集装置与高压静电发生器单元的负极相连，所述注射器单元和/或所述收集装置与一驱动与传动装置连接，所述驱动与传动装置用以驱使所述注射器单元和/或所述收集装置沿选定方向自由移动。在一实施方案之中，所述收集装置包括待原位包覆的材料和旋转装置，所述待原位包覆的材料设置于所述旋转装置上，且与所述高压静电发生器单元的负极相连。在一实施方案之中，所述收集装置包括导电体接收器、待原位包覆的材料和旋转装置，所述导电体接收器与所述高压静电发生器单元的负极相连，所述待原位包覆的材料设置于所述旋转装置上，且固定设于所述导电体接收器上方。本专利技术实施例还提供了一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法，它是依据前述的系统而实施，其包括：提供注射器单元，所述注射器单元内盛装有静电纺丝液；通过高压静电发生器单元、驱动与传动装置及旋转装置的控制，使所述静电纺丝液通过静电纺丝技术在待原位包覆的材料表面原位形成静电纺丝纳米纤维薄膜，获得材料表面原位包覆有静电纺丝纳米纤维薄膜的复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1)相比较传统的静电纺丝设备，本专利技术提供的新型原位静电纺丝设备具有非常高的灵活性：注射器单元与收集装置通过驱动与传动装置实现左右、前后、上下按照一定的速度自由移动；所要原位包覆的材料除了跟随收集装置前后、左右、上下运动外，通过旋转装置的控制，可以实现不同速度的旋转；2)本专利技术通过在材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜，不仅大大的降低了组装成本、提高了组装效率，而且组装出来的器件结构紧凑、稳定、性能优异，容易实现工业化；3)本专利技术采用材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的制备技术，通过控制静电纺丝液种类、针头大小、静电纺丝距离、纺丝速率、注射器与收集装置的相对移动速度、所要原位包覆的材料旋转速度，来有效实现不同厚度、孔隙率、不同直径纳米纤维隔膜在材料表面均匀原位包覆，并进行实时调控，解决手动包覆带来的组装繁琐、成本高、耗时、组装出来的结构比较粗糙难控制、静电纺纳米纤维薄膜灵活性差的缺点；4)本专利技术采用材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的制备技术，纺丝纳米纤维能够很好、均匀的吸附在所要包覆的材料表面，大大降低界面接触电阻；5)本专利技术涉及的材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的制备技术，应用非常广泛，不仅可以在纤维材料表面静电纺丝纳米纤维薄膜，同时也可以用于其他形貌材料的原位静电纺丝纳米纤维薄膜，组装出来功能性器件可以应用在食品包装及保鲜、高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等方面。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅作为本文专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1是本专利技术一典型实施例中一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统的结构示意图。图2是本专利技术另一典型实施例中一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统的结构示意图。图3是本专利技术实施例1中长CNT纤维材料表面原位包覆静电纺PAN纳米纤维薄膜的低倍扫描电镜图。图4是本专利技术实施例1中长CNT纤维材料表面原位包覆静电纺PAN纳米纤维薄膜的放大扫描电镜图。图5是本专利技术实施例1中长CNT纤维材料表面原位包覆静电纺PAN纳米纤维薄膜的FIB切割断面图。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其涉及一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维隔膜的制备技术，目的就是在任何材料表面实现高效原位静电纺丝纳米薄膜，制备不同的复合材料，应用在不同领域，解决手动包覆带来的组装繁琐、成本高、耗时、组装出来的结构比较粗糙难控制、静电纺纳米纤维薄膜灵活性差的缺点。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统，其包括用以盛装静电纺丝液的注射器单元、高压静电发生器单元及收集装置，所述注射器单元与高压静电发生器单元的正极相连，所述收集装置与高压静电发生器单元的负极相连，所述注射器单元和/或所述收集装置与一驱动与传动装置连接，所述驱动与传动装置用以驱使所述注射器单元和/或所述收集装置沿选定方向自由移动。在一实施方案之中，所述收集装置包括待原位包覆的材料和旋转装置，所述待原位包覆的材料设置于所述旋转装置上，且与所述高压静电发生器单元的负极相连。进一步地，所述收集装置与一驱动与传动装置相连，可以实现以收集装置为中心点的x轴(10～100mm/s)、y轴方向(10～100mm/s)、z轴(10～100mm/s)的自由移动。这种收集装置适用于所要原位包覆的材料具有导电性的情况。在一实施方案之中，所述收集装置包括导电体接收器、待原位包覆的材料和旋转装置，所述导电体接收器与所述高压静电发生器单元的负极相连，所述待原位包覆的材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统，其包括用以盛装静电纺丝液的注射器单元、高压静电发生器单元及收集装置，所述注射器单元与高压静电发生器单元的正极相连，所述收集装置与高压静电发生器单元的负极相连，其特征在于：所述注射器单元和/或所述收集装置与一驱动与传动装置连接，所述驱动与传动装置用以驱使所述注射器单元和/或所述收集装置沿选定方向自由移动。

【技术特征摘要】
1.一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的系统，其包括用以盛装静电纺丝液的注射器单元、高压静电发生器单元及收集装置，所述注射器单元与高压静电发生器单元的正极相连，所述收集装置与高压静电发生器单元的负极相连，其特征在于：所述注射器单元和/或所述收集装置与一驱动与传动装置连接，所述驱动与传动装置用以驱使所述注射器单元和/或所述收集装置沿选定方向自由移动。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述收集装置包括待原位包覆的材料和旋转装置，所述待原位包覆的材料设置于所述旋转装置上，且与所述高压静电发生器单元的负极相连。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述收集装置包括导电体接收器、待原位包覆的材料和旋转装置，所述导电体接收器与所述高压静电发生器单元的负极相连，所述待原位包覆的材料设置于所述旋转装置上，且固定设于所述导电体接收器上方。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于：所述注射器单元包括至少一个注射器针头，所述注射器针头的直径为0.10～0.50mm；和/或，所述注射器单元与待原位包覆的材料表面的距离为50～150mm；和/或，所述旋转装置至少能够驱使所述待原位包覆的材料沿轴向旋转；和/或，所述选定方向包括以所述注射器单元或收集装置为中心点的x轴方向、y轴方向或z轴方向。5.一种材料表面原位包覆静电纺丝纳米纤维薄膜的方法，它是依据权利要求1-4中任一项所述的系统而实施，其特征在于包括：提供注射器单元，所述注射器单元内盛装有静电纺丝液；通过高压静电发生器单元、驱动与传动装置及旋转装置的控制，使所述静电纺丝液通过静电纺丝技术在待原位包覆的材料表面原位形成静电纺丝纳米纤维薄膜，获得材料表面原位包覆有静电纺丝纳米纤维薄膜的复合材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述静电纺丝液包括纺丝前驱体和溶剂；优选的，所述纺丝前驱体包括有机材料和/或无机材料；尤其优选的，所述有机材料包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚碳酸酯中的任意一种或两种以上的组合；尤其优选的，所述无机材料包括二氧化硅和/或二氧化钛；优选的，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张永毅，曹玉芳，张慧超，李清文，靖岚林，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所南昌研究院，
类型：发明
国别省市：江西,36