納米纖維

納米纖維是指直徑為納米尺度而長度較大的具有一定長徑比的線狀材料，此外，將納米顆粒填充到普通纖維中對其進行改性的纖維也稱為納米纖維。狹義上講，納米纖維的直徑介於1nm到100nm之間，但廣義上講，纖維直徑低於1000nm的纖維均稱為納米纖維。

基本介紹

• 中文名：納米纖維
• 外文名：nanofibers
• 定義：直徑小於1000納米的超微細纖維
• 製作方法：拉伸法、模板合成等
• 套用領域：化工、醫藥等

簡介

製造納米纖維的方法有很多，如拉伸法、模板合成、自組裝、微相分離、靜電紡絲等。其中靜電紡絲法以操作簡單、適用範圍廣、生產效率相對較高等優點而被廣泛套用。

納米纖維是指纖維直徑小於1000納米的超微細纖維。如今很多企業為了商品的宣傳效果，把填加了納米級（即小於100 nm）粉末填充物的纖維也稱為納米纖維。

最細的納米纖維為單碳原子鏈，我國科學家已能製造出直徑小於0.4nm的碳管，處於世界領先水平。這種納米碳管被譽為納米材料之王，其原因這種細到一般儀器都難以觀察到的材料有著神奇的本領：超高強、超柔韌、怪磁性。因碳納米管中碳原子間距短，管徑小，使纖維結構不易存在缺陷，其強度為鋼的100倍，密度只有鋼的1/6，是一般纖維強度的200倍，用它作的繩索可以從地球拉到月球而不被自重拉斷；它有奇異的導電性，碳納米管既有金屬的導電性也有半導體性，甚至1根納米管上的不同部位由於結構變化也可顯示不同的導電性。用它作成整流管可替代矽晶片，因而將引起電子學中的重大變化，可將計算機做得極小；用碳納米管作出的納米器件可組裝納米機器人，蚊子飛機、螞蟻坦克等。碳納米管可用來作儲氫材料，把氫開發成為人類服務的清潔能源。此外，碳納米管還可用作隱形材料、催化劑載體及電極材料等。納米纖維可以支持"納米機"的排列，把集成排列的"納米機"連線成大規模系統。

主要特點

納米纖維到底有何特點，多數材料小到以納米論長短時，其本身的物理和化學性能將有所改變，主要表現在：

1、表面效應 粒子尺寸越小，表面積越大，由於表面粒子缺少相鄰原子的配位，因而表面能增大極不穩定，易與其他原子結合，顯出較強的活性。

2、小尺寸效應 當微粒的尺寸小到與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長和超導態的相干長度透射深度近似或更小時，其周期性的邊界條件將被破壞，粒子的聲、光、電磁、熱力學性質將會改變，如熔點降低、分色變色、吸收紫外線、禁止電磁波等。

3、量子尺寸效應 當粒子尺寸小到一定時，費米能級附近的電子能級由準連續變為離散能級，此時，原為導體的物質有可能變為絕緣體，反之，絕緣體有可能變為超導體。

4、巨觀量子的陽隧道效應 隧道效應是指微小粒子在一定情況下能穿過物體，就像裡面有了隧道一樣可以通過。

製造

納米纖維的製造，大體可分為3大類。

1、分子技術製備法 ，報導較多的是單管或多管納米碳管束的製備，其製備方法主要有3種：電弧放電法、雷射燒蝕法和固定床催化裂解法。前兩種方法因有多種形態碳產物共存，分離、純化困難。電弧放電法將石墨棒置於充滿氫氣的容器內，用高壓電弧放電，在陰極沉積成納米碳管。固定床催化裂解法由天然氣製備納米碳管，將氣體在分布板上有用活化了的催化劑吹成沸騰狀態，在催化劑表面生長出納米碳管。這種方法工藝簡便，成本低，納米碳管規模易控制，長度大，收率較高，但該方法中催化劑只能以薄膜的形式展開。

2、紡絲法製備法 這種方法又可分為聚合物噴射靜電拉伸紡絲法、海島型多組分紡絲法和單螺桿混抽法。用單螺桿混抽法可製得0.001dtex（約10nm）的纖維。

3、生物製備法 這種方法是利用細菌培養出更加細小的纖維素。我國科學家由木醋桿菌合成的納米級纖維素不含木質素，結晶度高，聚合度高，分子取向好，具有優良的機械性能。

納米纖維

用途

納米纖維的用途很廣，如將納米纖維植入織物表面，可形成一層穩定的氣體薄膜，製成雙疏性界面織物，既可防水，又可防油、防污；用納米纖維製成的高級防護服，其織物多孔且有膜，不僅能使空氣透過，具可呼吸性，還能擋風和過濾微細粒子，對氣溶膠有阻擋性，可防生化武器及有毒物質。此外，納米纖維還可用於化工、醫藥等產品的提純、過濾等。

研究

2012年8月，英國愛丁堡大學發布公告稱，研究人員觀察了各種長度的納米纖維在實驗鼠體內引發癌症病變的情況。結果發現長度5微米及以上的納米纖維引發癌症的風險較大，如果低於這個長度，則致癌風險要小很多。