靜電紡絲是一種利用高壓靜電場將聚合物溶液或熔體拉伸成納米纖維的技術(shù)。其原理是當(dāng)噴絲頭帶電的聚合物液滴在高壓電場作用下，表面張力被電場力克服，形成泰勒錐，液滴被拉伸成射流，經(jīng)拉伸、劈裂和固化后形成納米纖維。此技術(shù)可制備出具有高比表面積、優(yōu)異力學(xué)性能和良好透氣性的納米纖維材料，在過濾、防護(hù)、生物醫(yī)學(xué)和能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

圖：ATA-7050高壓放大器在靜電紡絲研究中的應(yīng)用

一、高壓放大器在靜電紡絲中的關(guān)鍵作用

（一）提供穩(wěn)定高壓電場

靜電紡絲需數(shù)千至數(shù)十千伏的高壓電場，高壓放大器可將信號發(fā)生器的低電壓信號放大到所需高電壓水平，為紡絲提供穩(wěn)定電場。如安泰電子的ATA-7050高壓放大器，單端輸出可達(dá)10kVp-p（±5kVp），滿足多種材料的紡絲需求。

（二）精準(zhǔn)調(diào)控紡絲參數(shù)

高壓放大器能精確調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值和頻率。通過數(shù)控增益調(diào)節(jié)，可優(yōu)化紡絲參數(shù)，實現(xiàn)對纖維直徑、均勻性和形貌的精準(zhǔn)控制。在聚偏氟乙烯（PVDF）紡絲實驗中，電壓從10kV增至15kV時，纖維直徑變細(xì)且更連續(xù)光滑；但電壓超過18kV后，纖維出現(xiàn)串珠結(jié)構(gòu)，均勻性下降。

（三）快速響應(yīng)與動態(tài)調(diào)節(jié)

高壓放大器具備快速的壓擺率（如≥111V/μs），可快速響應(yīng)電場變化需求，及時調(diào)整輸出電壓，保證射流穩(wěn)定。在紡絲過程中，當(dāng)溶液性質(zhì)或環(huán)境條件發(fā)生改變時，放大器能迅速做出動態(tài)調(diào)節(jié)，維持穩(wěn)定的紡絲狀態(tài)，確保纖維質(zhì)量。

圖：10kV高壓放大器在靜電紡絲工藝制備PVDF中的應(yīng)用

二、高壓放大器在靜電紡絲中的應(yīng)用案例

（一）生物醫(yī)學(xué)材料

在制備卟啉基納米纖維時，高壓放大器精準(zhǔn)控制電場，實現(xiàn)藥物負(fù)載纖維的定向釋放。如負(fù)載光敏劑的PVDF纖維，用于光動力療法（PDT），可在光照下選擇性控制癌細(xì)胞增殖。

（二）環(huán)境與能源材料

在開發(fā)高通量油水分離膜和空氣過濾材料時，高壓放大器通過優(yōu)化電壓參數(shù)（如12-15kV區(qū)間），顯著提升了纖維膜的孔隙率和機(jī)械強(qiáng)度，從而提高了材料的分離效率和過濾效果。

（三）智能傳感器

基于靜電紡絲制備的導(dǎo)電纖維膜可用于氣體傳感。高壓放大器的穩(wěn)定輸出確保了傳感器活性位點的高效分布，提升檢測靈敏度。如通過調(diào)控紡絲電壓和速度參數(shù)，可制備出具有良好疏水性和特定微觀形貌的PVDF纖維膜，用于傳感器材料。

三、面臨的挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

（一）協(xié)同優(yōu)化難題

不同聚合物溶液的電導(dǎo)率、黏度差異大，需動態(tài)調(diào)節(jié)電壓?，F(xiàn)有設(shè)備需集成智能反饋系統(tǒng)，實時監(jiān)測紡絲過程中的溶液性質(zhì)變化和纖維形態(tài)，自動調(diào)整放大器輸出參數(shù)。

（二）工業(yè)化生產(chǎn)需求

工業(yè)級靜電紡絲設(shè)備需長時間穩(wěn)定運行，對高壓放大器的功率、散熱和耐久性提出更高要求。未來需開發(fā)更高功率、更好散熱性能的放大器，以滿足規(guī)?；a(chǎn)需求。

（三）多功能復(fù)合材料趨勢

新型多功能納米纖維材料的制備，常需采用多噴頭靜電紡絲裝置。這要求高壓放大器具備多通道輸出和協(xié)同控制能力，以實現(xiàn)多噴頭間的精確電壓控制和同步運行，降低廢品率。

圖：ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

未來，高壓放大器技術(shù)將向高精度、模塊化、智能化方向發(fā)展。結(jié)合人工智能算法實時調(diào)控電壓參數(shù)，或開發(fā)多通道輸出放大器，可滿足復(fù)雜纖維結(jié)構(gòu)的制備需求，進(jìn)一步拓展靜電紡絲的應(yīng)用邊界。

審核編輯 黃宇