DOI:10.1016/j.matdes.2020.108902

在这项研究中，使用表面响应方法分析了工艺参数对用交流电（AC）静电纺丝制备的纳米纤维直径和方向的影响。实验设计采用了四个主要工艺参数：溶液浓度、收集距离、电压和收集速度。借助扫描电子显微镜观察了纳米纤维的形态，通过快速傅立叶变换法对纳米纤维取向进行了表征，使用Box-Behnken设计模型来预测纳米纤维的直径和取向，预测结果与实测结果吻合良好。研究表明，溶液浓度和收集速度对纤维直径和取向的影响与直流静电纺丝类似。此外，本研究还对工艺参数进行了优化，以获得更细、排列更均匀的纳米纤维，并为交流静电纺丝制备纳米纤维纱线提供了参考。

图1.采用交流静电纺丝制备和收集纳米纤维的示意图。

图2.从SEM图像到强度光谱的FFT转换：（a）纳米纤维的SEM图像；（b）FFT频谱图；（c）灰色强度光谱。

图3.从（a）样品2和（b）样品19收集的纳米纤维的SEM图像和直径分布。

图4.预测的纳米纤维直径与实际的纳米纤维直径。

图5.模型中单个工艺参数与纳米纤维直径之间的预测关系：（a）溶液浓度，（b）收集器距离，（c）电压，（d）收集器旋转速度。

图6.不同参数下，平均纤维直径的3D响应面图：（a）溶液浓度和收集距离，（b）溶液浓度和电压，（c）溶液浓度和收集速度，（d）收集距离和电压，（e）收集距离和收集速度，（f）电压和收集速度。

图7.从（a）样品11和（b）样品21收集的纤维取向的SEM图像和极坐标图。

图8.预测的Herman因子和实际的Herman因子。

图9.模型中单个工艺参数与Herman因子之间的预测关系：（a）溶液浓度，（b）收集距离，（c）电压，（d）收集速度。

图10.不同参数下，纤维取向的3D响应面图：（a）溶液浓度和收集距离，（b）溶液浓度和电压，（c）溶液浓度和收集速度，（d）收集距离和电压，（e）收集距离和收集速度，（f）电压和收集速度。