エレクトロスピニング（電界紡糸）法とは、ポリマーなどを溶かした溶液に高い電圧をかけ、電気の力で細い糸状に噴き出させることで、直径がナノメートル単位の繊維（ナノファイバー）をつくる方法です。

エレクトロスピニング法は、多様な材料（主にポリマー） をナノファイバー形状へ紡糸できること、またファイバー形状のコントロールが比較的簡便であることが特長です。
これまでの研究から、工業用熱可塑性ポリマー、生分解性ポリマー、 ポリマーブレンド、そして、無機化合物を混入した複合材のファイバーがエレクトロスピニング法によって紡糸されています（図1）。
ここ数年では、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、チタン酸ジルコン酸鉛等のセラミックスナノファイバーの作製例が、盛んに報告されております。
通常、エレクトロスピニング法では、溶媒に材料を溶解した溶液を紡糸材料として用います。

エレクトロスピニングの原理

エレクトロスピニングの原理は、図１に示すように、高圧電源、ポリマー溶液・貯蔵タンク、紡糸口、および、アースされたコレクターからなります。
ポリマー溶液はタンクから紡糸口まで一定の速度で押し出されます。
紡糸口では、１０～３０ｋV の電圧が印加されており、電気引力がポリマー溶液の表面張力を越える時、ポリマー溶液のジェットがコレクターに向けて噴射されます。この時、ジェット中の溶媒は徐々に揮発し、コレクターに到達する際には、ジェットサイズがナノレベルまで減少します。

ナノファイバー膜の特長

紡糸したファイバーは、図２に示すような膜を形成します。
このときのファイバーの配向は、コレクターに依存します。
ナノファイバー膜は、単位体積あたりの総表面積が従来のマイクロサイズのファイバー膜を、はるかに凌駕することが知られており、この結果、ナノファイバーに化学的または物理的修飾を行うことで新奇的な特性を得られ、様々な分野に応用が期待されています。

ナノファイバーの形状のつくり分け

ビーズ状ナノファイバー

　多孔ナノファイバー

シングルナノファイバー

一方向配向ナノファイバー

図3に示すように、同じポリマーを紡糸しても、パラメータの組み合わせをかえることで、平滑表面ファイバー、ビーズ状ファイバーや多孔表面ファイバーといった、異なる形状のファイバーを紡糸することが可能です。

ファイバーの形状に影響するパラメーター

一般的に、エレクトロスピニングに関連するパラメーターは、溶液特性、紡糸条件、紡糸環境条件といった３つのグループに大別することが出来ます（図4）。

これらのパラメーターを、どう組み合わせるかといった点がノウハウになってきます。
希望の形態のファイバーを紡糸するための最適紡糸条件を見つけだすことが、エレクトロスピニング法において一番難しい点であり、非常に長い時間を必要とします。
これまでは、どのパラメーターがどのようにファイバーの形態に影響するのかといったことを解明するために、多くの時間が費やされてきましたが、現在ではその傾向はある程度明確になっています。

例えば、ポリマーファイバー径をコントロールするには、当然の事ながら紡糸溶液のポリマー濃度が最も重要なパラメーターとなります。また、ファイバーの配向性をコントロールするには、コレクターの設計が重要になってきます。
一例として、ディスクコレクターにより作製した配向性サンプルを図５に示します。

このように、ファイバー径、表面形状、配向性等、制御したい対象によって、コントロールすべき重要なパラメーターがあります。

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