원리: 전기 방사는 중합체 용액 (또는 용융) 이 고압 전기장 작용으로 섬유를 형성하는 과정을 말합니다. 핵심은 전기를 띤 중합체 용액이나 용융물을 정전기 장에서 흐르게 한 다음 용제를 통해 증발하거나 용융물을 냉각시켜 섬유질 물질을 얻는 것이다. 그 중요한 특징 중 하나는 섬유의 지름이 수십 나노미터에서 수백 나노미터 사이일 수 있으며 문헌에서는 종종 나노섬유라고 불릴 수 있다는 것이다. 극세섬유막은 정전기 방사를 통해 직접 형성될 수 있으며 표면적보다 크고 구멍 지름이 작은 것이 특징이다. Electrospinning 은 Formhals 가 1934 에서 특허를 획득했습니다. 그러나 최근 10 년 동안 나노 기술이 발달하면서 전기 방사에 대한 대량의 실험 작업과 심층적인 이론 연구가 점차 완벽해졌다. Reneker 등은 다양한 기술 분야에서의 가능한 응용과 섬유의 형성 메커니즘에 대해 상세히 논의했다.
Electrospinning 과정에서 폴리머 용액 또는 용융물은 수천 ~ 수만 볼트의 고압 정전기로 충전되고, 전기를 띤 폴리머 방울은 전기장의 작용으로 모세관의 테일러 콘 정점에서 가속됩니다. 전기장력이 충분히 크면 중합체 방울은 표면 장력을 극복하고 제트를 형성할 수 있다. 스프레이 과정에서 용제가 증발하거나 경화되어 결국 수신장치에 떨어져 부직포 같은 섬유 펠트를 형성한다. 테일러콘 형성의 원인은 다음과 같이 해석된다 [32]: 표면 현상 연구에 따르면 모세관 꼭대기의 물방울이 볼록반구로 변한다. 액적 표면에 전위를 가할 수 있으며, 액적 표면의 곡률은 점차 변할 것이다. 전위가 임계값 Vc 에 도달하면 반구형 방울은 각도가 49.3 인 원뿔이 됩니다. 이 전기를 띤 원추를 테일러 원추라고 합니다.
Electrospinning 과정은 단순 해 보이지만 그 메커니즘을 논의하는 것은 매우 어렵습니다. 여기에는 주로 정전기학, 전기 유체 역학, 유변학, 공기역학, 터런스, 전하 수송, 물질 전달, 고체 표면 열 전달 등 물리학, 화학 및 화학 공학의 여러 가지가 포함됩니다. 불안정 요인이 많은데, Shin 등은 PEO 방적사에 대한 상세한 연구를 통해 세 가지 불안정 요인을 요약했다. 첫 번째는 점성 불안정성 (일명 레일리 불안정성) 으로, 주로 모세력과 점착력의 상호 작용으로 인해 발생합니다. 이런 불안정성은 전통 방적사에서 이미 널리 알려져 있다. 두 번째는 접선 전기장에서 표면 전하 밀도의 힘에 의해 발생하는 축 대칭 장력 불안정성입니다. 이 힘과 점성은 함께 미세한 흐름의 축 대칭 변형과 흐름을 초래한다. 세 번째 비축 대칭 구부리기 불안정성, 즉 "채찍 모양" 은 유체의 쌍극자와 전하가 전기장에서 변동하고 축의 법선 방향으로 힘을 받아 구부러지는 것입니다. 후자의 두 가지 불안정성은 전적으로 전기장력으로 인해 발생하며, 둘 다 과도기적이며 섬유가 생성될 때 확대될 수 있습니다 [34-35]. 다른 매개변수가 그대로 유지되는 경우 전기장 강도는 이러한 불안정성에 비례합니다. 전기장 강도가 낮으면 첫 번째 불안정성, 즉 레일리 불안정성이 발생합니다. 그 자리에서 어느 정도 강할 때 구부리거나 채찍질하는 것이 주요 요인이다.