CN103334244A - 一种电纺珠串纤维的自组装制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，属于化学、材料技术领域。本发明受到蜘蛛丝在湿环境下能够自组装成纺锤结构的启发，利用静电纺丝设备制备一种人造纤维，并用铝支架接收，形成人造纤维表面附着有纳米颗粒的结构，再进一步使所述的人造纤维在湿环境下自组装成微米级“珠串”结构。本发明提供的珠串纤维的自组装制备方法，制作过程比较简单，成本较低，可操作性强，适用于大规模生产；自组装后的纤维性质稳定，具有长久实用性；可用于淡水收集和减少雾气，解决沙漠、荒地的严重缺水问题，以及机场、路灯和信号灯周围水汽的驱散。
Description
技术领域
本发明属于化学、材料技术领域，应用静电纺丝的方法，制备一种具有集水特性的自组装珠串纤维。
背景技术
目前水资源危机已经成为人类发展的障碍之一，各个国家都在不断为收集淡水付出努力。地球上的水，尽管数量巨大，而能直接被人们生产和生活利用的，却少得可怜。首先，海水不能饮用，不能浇地，也难以用于工业。其次，地球的淡水资源仅占其总水量的2.5%，而在这极少的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有87%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，约占地球总水量的0.26%。全球淡水资源不仅短缺而且地区分布极不平衡。目前，全球80多个国家的约15亿人口面临淡水不足，其中26个国家的3亿人口完全生活在缺水状态。预计到2025年，全世界将有30亿人口缺水，涉及的国家和地区达40多个。21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。
众所周知，蜘蛛丝具有非凡的机械性能。然而，最近的研究表明，某些蜘蛛的捕获丝除了具有超强的韧性之外，还具备在清晨收集露珠的能力。这一特性为淡水收集及液体定向传输提供了新的方向，而且无论在基础研究还是工业实践中，都具有很强的指导意义。人们经过研究发现，这种捕获丝能够收集露珠的原因在于它能够在湿环境下进行结构重组：将原本“泡芙”状的结构收缩成类似珍珠项链的“珠串”形结构，而这种形状如同纺锤体的节具有表面能量梯度和曲率梯度的协同效应，从而驱使水滴从纺锤体的光滑边缘定向滑至粗糙的中间部位。受这种特殊结构的启发，人们采用了多种方法制备人工“珠串”纤维，以期实现雾气的收集或者用肉体的定向传输。其中，申请号为201110223679.7的专利申请文件通过利用提拉的方法，在所述人造丝的表面构造出粗糙结构，进而制备了类似蜘蛛丝结构的集水聚合物丝；申请号为201210004686.2的专利申请文件进一步实现了制备所得的纤维表面的突起节的高度从小到大均匀可控，从而增加了空气水滴的碰撞几率和铺展速度，使得集水的效率得以提高。然而上述两种方法的着眼点都在于直接形成蜘蛛丝重组后的“珠串结构”而忽略了蜘蛛丝本身的自组装性能，因此，集水和定向传输效果有限。
发明内容
针对蜘蛛丝可在湿环境下自组装的特点，本发明提供一种全新的人造纤维的制备方法，目的在于实现高分子纳米颗粒在纤维表面的自组装，达到制备“珠串”结构的目的，并最终实现高效集水。本发明受到蜘蛛丝在湿环境下能够自组装成纺锤结构的启发，利用静电纺丝设备制备一种人造纤维，并用铝支架接收，形成人造纤维表面附着有纳米颗粒的结构，再进一步使所述的人造纤维在湿环境下自组装成微米级“珠串”结构。本发明提供的湿环境下电纺珠串纤维的自组装制备方法，包括以下步骤：
第一步，静电纺丝原料的准备：
将纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的有机高分子聚合物按比例均匀混合，在20～50℃水浴中搅拌24～96h，得到无色透明的粘稠液体混合物。当所述的有机高分子聚合物为聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚苯乙烯（PS）、聚乙酸乙烯酯（PVAc）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）或聚乙二醇（PEG）中的任意一种时，有机高分子聚合物的质量分数为5～20%，进一步优选为17%；当所述有机高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）时，有机高分子聚合物的质量分数为2～10%。
第二步，人造纤维的制备：
将接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以1～10mL/h的流速，在10kV～20kV的直流电压下电纺，所得产物用支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以1～18mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出，得到人造纤维。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察，在所述人造纤维表面具有纳米颗粒。所述支架为金属导体支架，优选为铝制支架。所述的静电纺丝平均流速优选为2～5mL/h。所述静电纺丝平均针头移动速度优选为5mm·s-1～16mm·s-1，进一步优选为8mm·s-1。一般流速越高，纤维越粗。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器（一般湿度可以是40%～80%），使水汽分布于人造纤维上空，至人造纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级自组装“珠串”结构，至此得到自组装珠串纤维。
将所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程。可以发现，人造纤维表面的纳米粒子直径为140～180nm，自组装后的纺锤节为长度为3～10μm，自组装后的纺锤节宽度为1.5～5μm。该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.0～1.5cm。
本发明的优点在于：
1、本发明提供的珠串纤维的自组装制备方法，制作过程比较简单，成本较低，可操作性强，适用于大规模生产；
2、本发明提供的珠串纤维的自组装制备方法，自组装后的纤维性质稳定，具有长久实用性；
3、本发明提供的珠串纤维的自组装制备方法，具有明显的集水性能，可用于淡水收集和减少雾气；
4、本发明提供的珠串纤维的自组装制备方法，其制备材料可换成多种有机高分子材料，大大拓宽了纤维的应用范围；
5、本发明能够根据不同需要应用多种高分子，电纺出不同尺寸的人造纤维，有效收集雾气、水汽，解决沙漠、荒地的严重缺水问题，以及机场、路灯和信号灯周围水汽的驱散。
附图说明
图1：具有自组装能力的人造纤维制备方法示意图；
图2：具有自组装能力的人造纤维静电纺丝原理图；
图3：应用静电纺丝方法制备人造纤维集水之前的微观示意图；
图4：应用静电纺丝方法制备人造纤维集水之后的微观示意图，标尺：(a,c):1μm,(b,d-f):200nm)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本发明提供一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，如图1及图2所示，通过如下方法制备得到：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚偏二氟乙烯（PVDF），以PVDF质量分数为17%的比例将二者均匀混合，在35℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以5mL/h的流速，在12kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出，得到人造纤维。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察，在人造纤维表面附着有纳米颗粒，如图4（a,b），纳米粒子直径为170～180nm。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，水滴在附着有纳米颗粒的人造纤维表面凝结，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。如图3所示，水滴蒸发过程中，水滴逐渐合并，促使人造纤维表面纳米颗粒自组装成纺锤节，待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构，如图4（c,d）。
如图4中c-f所示，自组装后的纺锤节为长度为3～8μm，纺锤节宽度为1.5μm。该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，将所制备的具有“珠串”结构纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程，所述的珠串纤维具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.2cm。
通过本发明的实验方法，制备了一种具有自组装能力的珠串纤维，并且具有优异的收集水汽的性能。发生在纤维上的自组装珠串结构使高聚物的结构有序性更高，无论是形状还是自组装实体进行的任何行为。这一点与化学反应不同，在化学反应中，通常是朝着无序性状态转变的。
本发明自组装的原理是由于高聚物分子与水分子相遇，高聚物分子之间的范德华力促进其相互团聚而达到自组装的效果。利用本发明提供的制备方法，可以制备一种粒径可控、分散性好的纳米纤维，所制备纤维起到收集水汽的作用，进而提高空气的能见度。
利用本发明制备的具有自组装能力的纤维，可以制备多种多样的无机有机复合纳米纤维，对进一步拓展其自组装的颗粒在响应性方面有广大应用。
实施例2：
本实例提供制备一种具有自组装能力的珠串纤维，具体的实施方法包括以下几个步骤：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚偏二氟乙烯（PVDF），以PVDF的质量分数为5%的比例将二者均匀混合，在35℃水浴条件下搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取第一步所得的混合物置于注射泵上，以10mL/h的流速，在20kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制接收支架接收，纺丝期间，针头在铝制接收支架上方以1mm·s-1水平移动，约10s后，将铝制接收支架取出，所得产物即为具有高聚物纳米颗粒的人造纤维。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于人造纤维上空，至人造纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构，称为“珠串”纤维。
对上述方法得到的珠串纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备得到具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为141.53nm，自组装后的纺锤节长度平均为3.71μm，自组装后的纺锤节宽度平均为1.53μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.1cm。
实施例3：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚偏二氟乙烯（PVDF），以PVDF质量分数为7%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌96h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以1mL/h的流速，在18kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以18mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为152.38nm，自组装后的纺锤节长度平均为4.32μm，自组装后的纺锤节宽度平均为1.85μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离约为1.3cm。
实施例4：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以PMMA质量分数为10%的比例均匀混合，在20℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以3.5mL/h的流速，在15kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以5mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接受人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为159.12nm，自组装后的纺锤节长度平均为5.59μm，自组装后的纺锤节宽度平均为1.97μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离约为1.5cm。
实施例5：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚乙酸乙烯酯（PVAc），以PVAc质量分数为13%的比例均匀混合，在50℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以3mL/h的流速，在16kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程。
本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为160.12nm，自组装后的纺锤节为长度平均为6.02μm，自组装后的纺锤节宽度平均为2.87μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，收集到的水滴在纤维上的传输距离约为0.9cm。
实施例6：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚乙烯吡咯烷酮（PVP），以PVP质量分数为15%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以2mL/h的流速，在10kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接受人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程。
上述方法制备得到的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为165.32nm，自组装后的纺锤节为长度平均为7.56μm，自组装后的纺锤节宽度平均为3.74μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.2cm。
实施例7：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚偏二氟乙烯（PVDF），以PVDF质量分数为17%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以5mL/h的流速，在20kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以18mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程。
上述方法得到的纤维微观形貌的结果显示，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为159.06nm，自组装后的纺锤节为长度平均为7.85μm，自组装后的纺锤节宽度平均为4.12μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.4cm。
实施例8：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚偏二氟乙烯（PVDF），以PVDF质量分数为20%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌48h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以5mL/h的流速，在20kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为161.05nm，自组装后的纺锤节为长度平均为9.38μm，自组装后的纺锤节宽度平均为4.33μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程，收集到的水滴在纤维上的传输距离约为0.8cm。
实施例9：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚苯乙烯（PS），以PS质量分数为5%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以1mL/h的流速，在12kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接受人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为147.68nm，自组装后的纺锤节为长度平均为3.73μm，自组装后的纺锤节宽度平均为1.22μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.9cm。
实施例10：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以PMMA质量分数为2%的比例均匀混合，在50℃水浴中搅拌36h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以5mL/h的流速，在18kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为143.12nm，自组装后的纺锤节为长度平均为3.52μm，自组装后的纺锤节宽度平均为1.94μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.4cm。
实施例11：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚苯乙烯（PS），以PS质量分数为以质量分数为11%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌36h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以16mL/h的流速，在20kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以10mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为145.05nm，自组装后的纺锤节为长度平均为6.18μm，自组装后的纺锤节宽度平均为2.98μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能，将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程，结果显示，收集到的水滴在纤维上的传输距离为0.9cm。
实施例12：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的聚苯乙烯（PS），以PS质量分数为以质量分数为17%的比例均匀混合，在20℃水浴中搅拌24h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以3mL/h的流速，在20kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以16mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为164.14nm，自组装后的纺锤节为长度平均为7.83μm，自组装后的纺锤节宽度平均为3.65μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能；将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程，结果显示，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.3cm。
实施例13：
第一步，静电纺丝原料的准备：
取纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和纯度为99%以上的据甲基丙烯酸甲酯（PMMA），以PMMA质量分数为以质量分数为5%的比例均匀混合，在35℃水浴中搅拌36h，得到无色透明的粘稠液体混合物。
第二步，人造纤维的制备：
将铝制接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取适量第一步所得的混合物置于注射泵上，以5mL/h的流速，在10kV的直流电压下电纺，所得产物用铝制支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以8mm·s-1水平移动，约10s后，将支架取出。使用扫描电子显微镜（SEM,Quanta FEG250,FEI）在10kV下观察。
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于纤维上空，至纤维上出现均匀分布的球形水滴时即可关闭加湿器。待水滴蒸发后，即可在水滴中心部位观测到微米级“珠串”结构。
对上述方法得到的纤维进行收集水汽前后微观形貌的分析后，结果显示，本发明提出的方法能够制备的具有传输功能的自组装聚合物纤维，纤维表面组装成的纳米粒子直径平均为153.27nm，自组装后的纺锤节为长度平均为5.32μm，自组装后的纺锤节宽度平均为2.43μm，该具有高聚物自组装能力的纤维表面为微纳米结合结构，并且也具有收集水汽的功能；将第三步所制备的“珠串”纤维水平放置在支架上，利用加湿器加大其周围的湿度，同时用高速摄像机观测其集水的过程，结果显示，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.0cm。
Claims (7)
1.一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步，静电纺丝原料的准备：
将纯度为99%以上的N,N-二甲基甲酰胺和纯度为99%以上的有机高分子聚合物按比例均匀混合，在水浴中搅拌，得到无色透明的粘稠液体混合物；当所述的有机高分子聚合物为聚偏二氟乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇中的任意一种时，所有机高分子聚合物的质量分数为5～20%；当所述有机高分子聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯时，所述有机高分子聚合物的质量分数为2～10%；
第二步，人造纤维的制备：
将接收支架放置于静电纺丝装置内，用注射器吸取第一步所得的混合物置于注射泵上，以1～10mL/h的流速，在10kV～20kV的直流电压下电纺，所得产物用支架接收，纺丝期间，针头在支架上方以1～18mm·s-1水平移动，10s后，将支架取出，得到人造纤维；
第三步，自组装“珠串”纤维的制备：
室温下将接收人造纤维的支架放置在接触角仪器的水平台上，打开超声波加湿器，使水汽分布于人造纤维上空，至人造纤维上出现均匀分布的球形水滴时关闭加湿器；待水滴蒸发后，在水滴中心部位观测到微米级自组装“珠串”结构，至此得到自组装珠串纤维。
2.根据权利要求1所述的一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，其特征在于：第一步中水浴温度为20～50℃，搅拌时间为24～96h。
3.根据权利要求1所述的一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，其特征在于：在所述人造纤维表面具有纳米颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，其特征在于：所述支架为铝制支架。
5.根据权利要求1所述的一种电纺珠串纤维的自组装制备方法，其特征在于：所述的静电纺丝平均流速为2～5mL/h；所述静电纺丝平均针头移动速度为5mm·s-1～16mm·s-1。
6.一种电纺珠串纤维，其特征在于：采用权利要求1～5中任意一种方法制备得到，所述的珠串纤维表面为微纳米结合结构，表面的纳米粒子直径为140～180nm，自组装后的微米级纺锤节长度为3～10μm，自组装后的纺锤节宽度为1.5～5μm。
7.一种电纺珠串纤维的应用，其特征在于：利用所述电纺珠串纤维收集水汽，收集到的水滴在纤维上的传输距离为1.0～1.5㎝。
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