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李好义:专注熔体静电纺丝的科研新锐
2019/1/8 15:10:49 易丝帮 1 条评论 邀请点评
编者按
从学生时代到留校任教,李好义老师一直在北京化工大学围绕聚合物熔体静电纺丝的原理、工艺及装备开展科学研究。近几年,他承担或参与了多项国家重点研发计划、国家自然科学基金、科技支撑计划等重大项目,作为第一发明人申请发明专利6项,发表中英文论文50余篇,出版中文专著1本,参编英文专著3本。工作中,他是求实创新的科研新锐,在熔体静电纺丝领域乘风破浪、不断钻研;生活里,他是幽默风趣,低调随和的教师,让学生感受醉人的温馨。近日,易丝帮(tredekey.com)有幸采访了这位专注科研的青年电纺人。

 ESPUN:为什么热衷于电纺丝技术制备纳米纤维这一领域呢?

李好义博士:这还得从我研究生选题说起,那时我和我的导师也就是英蓝实验室主任杨卫民教授交流研究生课题选择时,我提出希望我的研究课题既能有实验研究,又需要一定的理论分析,于是杨老师就建议我到静电纺丝小组,也就是“纺丝组”。一开始,当看到我和何雪涛老师手指之间的一道电弧,还对静电和高温熔体存在一定的陌生和恐惧感。但是当看到硬邦邦的塑料颗粒,在电场作用下,竟能神奇地拉伸出连续射流形成像羊毛卷似的纤维,摸着软绵绵的纤维我就被这个技术深深吸引了。随着研究的深入,越来越感觉的电场控制下的一维材料能产生无尽的可能。

纳米纤维是连接纳米效应和宏观功能材料的重要桥梁,从薄如蝉翼的蛛丝华服,到尖端领域的潜在应用,无一离不开纳米纤维的身影。静电纺丝技术已不断向我们展示它制造和调控纳米纤维巨大魅力和无尽潜能,在电纺人努力下正在走向产业化,并逐步形成一个新兴的产业。这更加坚定了我走下去的决心。有幸毕业后留校加入杨卫民老师团队,并继续该方向的研究工作。

 ESPUN:能否向我们简单介绍下课题组的研究成果?

李好义博士:课题组在杨卫民教授带领下主要围绕聚合物熔体静电纺丝技术开展研究。具体来说有以下成果:

1)。首先提出了聚合物熔体微分电纺原理和方法。揭示了熔体静电纺丝“拔河效应”的纤维细化机理,提出了自由表面熔体薄膜微分成纤的熔体微分电纺新思路,揭示了熔体微分电纺机理,并探明了熔体微分动态演变规律,获得了熔体微分工艺参数与纤维形貌之间的关系,据此发明了内外锥面熔体微分静电纺丝方法和装备,相比毛细管法效率提升2-3个数量级。

2).其次突破了纳米纤维可控制备的关键技术。创新电极的加载方法,解决了高压塑化系统绝缘难题。针对熔体粘度高、带电荷能力低、纤维超细化难度极大等问题,发明了气流辅助锥面流体熔膜减薄微缩泰勒锥技术与装置,发明了多场耦合接力牵伸的纤维超细化技术与装置,研发了负压气流辅助纳米纤维制备技术,研发了多种聚合物改性配方等,实现了熔体纳米纤维在500nm范围内的可控制备。

3).发明了纳米纤维宏量制备关键技术,成功研制了世界首套熔体电纺纳米纤维生产线。发明了多种熔体微分静电纺丝喷头组件,采用电场动态调整技术,使成膜均一性得到显著提高,并实现了从小试、中试到产业化设备的制造与生产,生产能力达24吨/年,可模块化扩展。

4).进行了纳米纤维膜基础应用研究。实现了纳米纤维膜在空气过滤领域的推广和使用,进行了纳米纤维膜在污水处理,原油吸附领域的应用基础研究。

 ESPUN:课题组在这领域的研究能取得这些丰硕成果的原因是什么?

李好义博士:相比大多数电纺人,我们课题组成果真的不足为道。真要说些取得上述成果的原因,我觉首先得归功于创新,勇于创新、勤于创新,敢于打破常规。每次和杨老师出差,路上就得来一次头脑风暴,形成不同的思路,讨论并形成方案,而且对整个课题组也产生了积极的影响。除此之外,我们课题组的每个同学都敢想,敢于实践。其次就是学习和借鉴,我们鼓励同学们多看文献,多参加塑料加工和静电纺丝相关的学术会议,在这个过程中,我们学到了很多,对自己的研究有很大的启发。

 ESPUN:与溶液静电纺丝相比,您认为静电纺丝具有哪些优势?

李好义博士:我觉得两种方法各有其优势。相比而言,熔体静电纺丝对于一些难溶热塑性材料具有独特优势,比如聚丙烯、聚苯硫醚就是很好的例子;另外对于医用的一些热塑性材料如聚乳酸、热塑性聚氨酯、聚己内酯、聚乙二醇等也是很好的选择,采用熔体电纺,可以满足组织工程支架对纤维细度、孔隙率的需求,避免了后续残留溶剂安全性评估问题;由于粘度相对溶液纺丝高,熔体电纺射流直线段要长,对于射流的操控有了很大的操作空间,容易和三维可控成型实现嫁接。

 ESPUN:目前熔静电纺丝有哪些关键技术难题需要突破课题组未来计划如何加强熔体电纺的研究

李好义博士:首先是熔体电纺纤维细化的极限在哪里,我们知道聚合物熔体负载静电荷能力有限,要克服的粘弹力又远大于溶液体系,所以从科学的角度,需要从熔体的带净电荷机理、能力和射流动态过程分析,从技术的角度,需要强化聚合物熔体负载电荷的能力。预测纯电驱动细化的极限,从而综合考虑纤维细化策略。

其次要强化聚合物熔体纳米纤维的功能化。聚丙烯、聚乳酸、聚苯硫醚等热塑性材料,功能化改性较难,如果要实现丰富的功能材料,需要找到简易的改性工艺和方法。提高附加值,降低功能化改性成本。

再次,围绕高效制备,这条路没有尽头,产业化装备效率越高、越稳定,纳米纤维产品就越有市场竞争力和认可度。

进一步提高熔体微分静电纺丝产业化装备的效率、稳定性和自动化,仍然是我们未来科研的主攻方向。围绕熔体微分纳米纤维的制备,我们将继续开拓制备新原理、新方法、新装备,以更加高效、集成的方案实现纳米纤维的产业化应用。

 ESPUN:目前熔体静电纺丝纳米纤维是否能实现量产及产业化应用?

李好义博士:我们已经实现熔体微分静电纺丝纳米纤维产业化生产,相关产品已用于空气过滤领域。未来将进一步拓展其在生物医药、水处理、保暖防护等领域的应用推广。

 ESPUN:关于熔体静电纺丝的原理、工艺及装备的研究进展能否向大家推荐一些相关书籍或文章?

李好义博士:围绕聚合物熔体微分静电纺丝的原理、工艺及装备的研究进展,大家可以阅读出版的书籍《纳米纤维静电纺丝》,近期也在丁彬老师出版的英文书籍《Electrospinning: Nanofabrication and Applications》《北京化工大学学报》《纺织学报》发表了综述文章,欢迎批评指正。

  1. [1] 陈明军 张有忱 杜琳 李好义 丁玉梅 杨卫民. 聚合物熔体法制备纳米纤维技术研究现状[J]。 纺织学报, 2018, 39(12): 166-174. 
  2. [2] 陈明军, 张有忱, 李好义, 阎华, 马东明, 丁玉梅, 陈宏波, 杨卫民。 熔体微分静电纺丝纳米纤维高效绿色制备技术[J]. 北京化工大学学报(自然科学版), 2018, 45(5): 119-128.
  3. [3] 杨卫民, 李好义, 吴卫逢,。 熔体静电纺丝技术研究进展[J]. 北京化工大学学报(自然科学版), 2014, 41(4):1-13.

 ESPUN:作为青年教师,您觉得搞科研最重要的是什么?

李好义博士:我个人而言,搞科研最重要的还是兴趣,有了兴趣才会有持续不断的投入和面对各种困难挑战的坚持。

小编有感
相比溶液静电纺丝,目前国内熔体静电纺丝投入的科研力量尚且薄弱,这其中有一些深层次的原因。对于新材料的开发者,他们可能更倾向于进行易搭建实施的溶液静电纺丝装置开展研究,而不是相对复杂的熔体静电纺丝装置。但不可否认的是熔体静电纺丝相对于使用溶剂,甚至是有毒溶剂的溶液静电纺丝来说,其在产业化拓展和生物医药方面的应用具有多种优势。相信不久的将来,会有越来越多的科研人员投入到熔体静电纺丝技术的研究中来。

 

文章关键词: 静电纺丝,纳米纤维
我来说两句 邀请点评 全部 1 条

  • shero123 2019/1/9 17:05:37
  • 加油!对熔融电纺不太了解,有时间学习下这方面的文章。
  • 回复 0 条回复 收起回复 0

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