2.4　静电纺丝的结构

纺丝结构决定了纺丝性能。单根纺丝的结构种类繁多，由若干单根纺丝组成的纺丝集合体形态各异，因此通过调控及优化静电纺丝及其集合体的结构，可获得更多独特功能的纺丝膜。下面将从两个角度来看纺丝的结构：单根纺丝结构和集合体纺丝结构。

2.4.1　单根静电纺丝结构

通过对电纺溶液性质、加工参数、环境参数以及电纺装置的调节，可以得到不同精细结构的纳米纺丝。常见的有圆形截面、珠粒的实心纺丝，特殊结构的纺丝有带状、螺旋状、中空、核-壳、项链状、多孔、树突状、哑铃、多壳电缆等，形貌如图2-22所示。这些特殊结构使纺丝在某些方面具有优异的性能，例如螺旋结构纺丝的孔隙率较高、柔韧性较好、比强度高。中空结构的纺丝因其独特的内在结构，具有独特的电学、光学、催化、力学等性能，在分子分离、气体传感器、纳米电子器件等方面有着潜在的应用价值。多孔结构的纺丝具有较大的比表面积，在很多领域如过滤材料、药物控制释放、电极材料、传感器等领域发挥重要作用。

Fan等^［60］制备了Fe（NO₃）₃-PVP和La（NO₃）₃-Fe（NO₃）₃-PVP复合纺丝。其中Fe（NO₃）₃-PVP纺丝的宽度为950nm，厚度为110nm。将其在600℃煅烧，得到表面粗糙、有孔、厚度更小、宽度更窄（200～400nm）的Fe（NO₃）₃纺丝。La（NO₃）₃-Fe（NO₃）₃-PVP纺丝的宽度为1～3μm，厚度为110nm。经600℃煅烧后，得到宽度为300～400nm的La（NO₃）₃纺丝，其形貌如图2-23所示。

此外，研究者还通过静电纺丝技术制备出了螺旋结构纺丝^［61］以及中空结构纺丝^［62］，其形貌如图2-24、图2-25所示。

2.4.2　集合体静电纺丝结构

（1）无规则取向排列纺丝

无规则取向排列纺丝是指集合体纺丝以无序状排列于收集装置，形成类似非织造布的纺丝膜（图2-26）。一般简单的静电纺装置所纺出的纺丝都是无规则取向的。

（2）取向排列纺丝

取向性好和高度规则排列的纺丝在某些领域有巨大潜力。通过改变收集装置、添加电极等方式可以制备取向规则的纺丝。如Mathew^［63］、Xu等^［64］通过改变接收装置得到取向排列纺丝，如图2-27所示。

（3）图案化纺丝

在静电纺丝过程中，改变收集装置的材质、形状、运动方式等，可以得到图案化纺丝以及其他聚集态的纺丝。Zhang等^［65］以二维列正排布的钉子收集装置［图2-28（a）］制备了图案化纺丝［图2-28（b）、（c）］。

（4）纳米蛛网纺丝

纳米蛛网是一种近期被发现的新型纺丝结构。Ding等^［66］在2006年将聚丙烯酸溶于乙醇，通过静电纺丝首次获得蛛网纺丝，见图2-29。它是以超细静电纺丝为支架，具有类似于蜘蛛网、肥皂泡结构的二维网状纺丝膜材料。网中纺丝的平均直径为5～30nm（比静电纺丝的直径低一个数量级，比蜘蛛网纺丝的直径低两个数量级）、孔径在20～300nm范围之间，且大多数网孔以稳定的六边形结构存在，遵循自然界的斯坦纳（Steiner）最小树规律^［67］。此外，纳米蛛网还具有比表面积大、吸附性好和力学性能稳定等优点，使其在催化、信息、能源、环境和生物医学等领域有着巨大的应用前景^［8］。