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Electrospinning — Making Nanofibers with Electric Fields
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20. 5月 2026FO
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Electrospinning — Making Nanofibers with Electric Fields

Electrospinning is a fiber-formation process that uses a high-voltage electric field to draw a jet of polymer solution from a needle tip into ultra-fine fibers — typically 50 to 500 nanometers in diameter, roughly 1,000 times finer than a human hair and 10–100 times finer than conventional microfibers. The phenomenon was first observed by John Francis Cooley (US patent 692,631, 1902) and William James Morton (US patent 705,691, 1902), but it remained a laboratory curiosity for decades. In the 1990s, Darrell Reneker at the University of Akron systematically studied the process physics, and commercial interest exploded as researchers discovered that nanofiber membranes had extraordinary properties for filtration, biomedical scaffolds, and energy applications.

The setup is remarkably simple. A polymer solution (or melt) is loaded into a syringe with a metallic needle. A high voltage (10–30 kV) is applied between the needle tip and a grounded collector plate. The electric field charges the solution surface at the needle tip, forming a conical meniscus called the Taylor cone. When the electrostatic repulsion overcomes the surface tension, a thin jet erupts from the cone tip. As the jet travels toward the collector, it undergoes a chaotic whipping instability that stretches it by a factor of 10,000–100,000, producing a continuous nanofiber that deposits on the collector as a nonwoven membrane.

Nanofiber membranes have surface areas of 1–100 square meters per gram — hundreds of times more than conventional fabrics. This extreme surface area, combined with nanoscale pore sizes, makes them ideal for air and liquid filtration (capturing particles that pass through conventional filters), wound dressings (mimicking the extracellular matrix for tissue regeneration), drug delivery systems, battery separators, catalytic supports, and protective clothing. Electrospinning has moved from laboratory to commercial production: companies like Elmarco, Inovenso, and Revolution Fibres operate industrial multi-needle and needleless electrospinning lines producing nanofiber membranes at rates of hundreds of square meters per hour.

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