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  纖維通常是指長(zhǎng)徑比大于1000且直徑在幾百微米以下的細(xì)長(zhǎng)物質(zhì)。早在7000多年前，人類就能夠從自然界中獲取棉、麻、絲、毛等天然纖維，并將其用于遮體保暖。隨著化學(xué)工業(yè)和高分子材料的迅速發(fā)展，人們逐漸生產(chǎn)出一系列合成高分子纖維，其不僅滿足了日常生活中人們對(duì)服裝、家紡的需求，還被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境、能源等高新技術(shù)領(lǐng)域。

  20世紀(jì)80年代末，納米技術(shù)的迅速興起帶動(dòng)了納米材料的蓬勃發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使得納米材料成為推動(dòng)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的重要力量。納米纖維作為一維納米材料，其具有顯著的尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，由此帶來了諸多新奇的光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等特性，可顯著提升材料的性能并拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。目前納米纖維的制備方法主要有模板法、閃蒸法、海島法、靜電紡絲法等，其中靜電紡絲技術(shù)因具有制造裝置簡(jiǎn)單、纖維結(jié)構(gòu)可調(diào)性好、技術(shù)結(jié)合性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，已成為制備納米纖維的主要途徑之一。靜電紡納米纖維材料因具有比表面積大、孔徑小、孔隙率高、孔道連通性好、易表面功能化改性等特點(diǎn)，在航空航天、國(guó)防軍工、環(huán)境治理、電子能源、生物醫(yī)用等高精尖領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 納米纖維的制備方法

  作者長(zhǎng)期從事靜電紡絲技術(shù)及納米纖維的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究工作，尤其在靜電紡納米纖維結(jié)構(gòu)的精細(xì)調(diào)控及功能化應(yīng)用方面積累了一定的研究經(jīng)驗(yàn)。鑒于當(dāng)前諸多領(lǐng)域?qū){米纖維材料的迫切需求和靜電紡絲技術(shù)的迅猛發(fā)展，特撰寫《功能靜電紡纖維材料》一書。該書內(nèi)容涉及靜電紡絲技術(shù)的起源、發(fā)展及其基本理論；靜電紡納米纖維材料的種類及結(jié)構(gòu)；靜電紡納米纖維材料在空氣過濾、液體過濾、油水分離、自清潔、防水透濕、吸附與催化、生物醫(yī)用、傳感、能源、隔熱等領(lǐng)域的功能化應(yīng)用；功能靜電紡纖維材料的研究展望。該書旨在給纖維材料研究領(lǐng)域的科研人員提供參考并推動(dòng)功能納米纖維材料的國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界及工業(yè)界發(fā)展。

圖2 《功能靜電紡纖維材料》

  本書第1-2章主要介紹了靜電紡絲技術(shù)的發(fā)展歷史、基本理論和靜電紡纖維材料的種類及結(jié)構(gòu)。靜電紡絲技術(shù)起源于19世紀(jì)30年代，并在近30年的時(shí)間內(nèi)獲得迅速發(fā)展，該技術(shù)是利用高壓電場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)聚合物射流的拉伸細(xì)化，經(jīng)溶劑揮發(fā)后聚合物固化形成纖維。研究人員利用靜電紡絲技術(shù)已成功制備了種類繁多的納米纖維，包括有機(jī)納米纖維、無機(jī)納米纖維及無機(jī)/有機(jī)復(fù)合納米纖維。同時(shí)，通過調(diào)控靜電紡絲工藝參數(shù)，制備出形貌結(jié)構(gòu)多樣的納米纖維，如具有圓柱狀、串珠、帶狀、多孔、核殼、中空、微突、褶皺、螺旋等結(jié)構(gòu)的單纖維，以及具有無規(guī)排列、取向排列、圖案化、二維蛛網(wǎng)、多層復(fù)合等結(jié)構(gòu)的聚集體，這些新穎結(jié)構(gòu)的納米纖維材料在許多領(lǐng)域都存在著極高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。

圖3靜電紡纖維材料結(jié)構(gòu)：（a-h）單纖維結(jié)構(gòu)；（i-p）纖維集合體結(jié)構(gòu)

  書中第3-12章詳細(xì)闡述了靜電紡納米纖維材料在眾多領(lǐng)域的功能化應(yīng)用。第3-5章介紹了靜電紡纖維材料在空氣過濾、液體過濾及油水分離等領(lǐng)域的應(yīng)用；第6-7章通過對(duì)靜電紡纖維膜的孔結(jié)構(gòu)和表面潤(rùn)濕性進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了其在自清潔、防水透濕領(lǐng)域的應(yīng)用；第8章講述了碳基、陶瓷基納米纖維膜在吸附與催化領(lǐng)域的應(yīng)用；第9-11章闡述了靜電紡纖維材料在組織工程支架、傳感器、鋰離子電池、柔性超級(jí)電容器、染料敏化太陽能電池和可穿戴納米發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用；第12章介紹了靜電紡柔性陶瓷納米纖維材料在高溫隔熱領(lǐng)域的應(yīng)用。

圖4 靜電紡納米纖維材料的應(yīng)用領(lǐng)域

  第13章總結(jié)歸納了未來功能靜電紡納米纖維材料的研發(fā)方向，如將靜電紡納米纖維材料與新技術(shù)、新方法結(jié)合，進(jìn)一步拓寬功能納米纖維材料的應(yīng)用領(lǐng)域；提升靜電紡納米纖維材料的力學(xué)性能（拉伸、彎曲、剪切性能等），增強(qiáng)其服役性能與耐久性；實(shí)現(xiàn)納米纖維材料的宏量制備等。作者相信通過以實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，以及對(duì)靜電紡納米纖維材料研究的不斷深入，將會(huì)實(shí)現(xiàn)靜電紡纖維材料在更多領(lǐng)域中的應(yīng)用。

著者簡(jiǎn)介

  俞建勇，中國(guó)工程院院士，東華大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。國(guó)家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展專家咨詢委員會(huì)副主任，中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，上海市復(fù)合材料學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第七屆紡織科學(xué)與工程學(xué)科評(píng)議組召集人，第七屆教育部科技委材料學(xué)部、化學(xué)化工學(xué)部委員等。長(zhǎng)期致力于紡織材料領(lǐng)域的科研與教學(xué)，在天然纖維資源開發(fā)、化學(xué)纖維創(chuàng)制應(yīng)用、新型結(jié)構(gòu)紗線、紡織復(fù)合材料和紡織功能材料等方面開展系列研究工作。獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)；合著書籍3部；發(fā)表論文400余篇；授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利100多項(xiàng)；指導(dǎo)研究生100余名。獲得的榮譽(yù)主要包括2007年紡織工業(yè)年度創(chuàng)新人物、2008年寶鋼教育基金優(yōu)秀教師獎(jiǎng)、2010年全國(guó)優(yōu)秀科技工作者、2011年中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)首屆“中國(guó)紡織學(xué)術(shù)大獎(jiǎng)”，2018年改革開放四十年紡織行業(yè)突出貢獻(xiàn)人物。

  丁 彬，東華大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，主要從事微納米纖維材料的成型理論和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其在國(guó)防軍工、環(huán)境保護(hù)、柔性能源、生物醫(yī)用等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。獲中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)；主編中文書籍1部、英文書籍2部；在國(guó)際核心期刊Nat. Commun.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、ACS Nano等發(fā)表SCI論文230余篇，總引9000余次；獲授權(quán)發(fā)明專利62項(xiàng)。獲得的榮譽(yù)主要包括國(guó)家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才(2018)、教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授（2016）、國(guó)家基金委優(yōu)青（2014）、美國(guó)纖維學(xué)會(huì)杰出成就獎(jiǎng)（2014）、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才（2011）、上海市曙光學(xué)者（2010）等。