静电纺丝法制备纳米纤维及其应用研究

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探讨了静电纺丝工艺参数对纤维形态的影响。在电压为25 kV,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/无水乙醇质量分数为10%时,以竖直旋转的细铜针为接收装置,在不同的旋转速度下纺出了PVP螺旋纤维绳。当竖直细铜针固定不转时,纺丝纤维成松散线状结构;旋转竖直细铜针,随着旋转速度的加快,纤维形态呈现出由松散的螺旋缠绕到紧密缠绕的变化趋势,最终制得PVP微米绳。用扫描电子显微镜(SEM)对产物进行了表征。实验结果表明,接收器旋转速度和接收距离对多螺旋结构纤维的形貌有显著影响。讨论了螺旋纤维的形成机理;PVP纤维在纺丝针头和接收铜丝间静电库仑引力(垂直方向),纺出纤维间的库仑斥力,以及单针高速旋转力(切线方向)的三重力的作用下编织成绳。用旋转叶轮纺出了聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维。把聚乙烯吡咯烷酮(PVP,Mw=1,300,000)溶于乙醇中制得6-14 w%的溶胶,在叶轮转速分别为18.84,15.70和12.56m/s的条件下,可以制成直径分布在几百纳米到几微米的PVP纤维,纤维直径受纺丝速度和溶胶浓度的影响。用电子显微镜(SEM)对纤维进行了形貌表征,直径变化范围从小于200纳米到2微米以上,长可达数十厘米。叶轮纺丝技术与静电纺丝技术相比,纳米纤维更长更平滑,纺丝的装置更简单。探讨了静电纺丝在无机材料方面的应用,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶/钛酸四正丁酯和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶/银颗粒为前躯体,以共轴静电纺丝法制备了银填充的TiO2中空纳米纤维。将双组分纤维在200℃下热处理,然后在600℃下在空气中焙烧,可以得到在内表面沉积银颗粒的TiO2纳米管,银颗粒的直径为几纳米到40纳米不等,TiO2纳米管的外径150-300 nm,管臂厚10-20 nm。用红外吸收光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对超细纤维进行了表征。中空纤维的直径和管壁可以通过改变电纺参数来调节。与诸如TiO2纳米中空纤维、TiO2纳米纤维、TiO2纳米粉体相比较,Ag颗粒填充的TiO2纳米中空纤维在光分解亚甲基蓝上表现出了更好的催化性。以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶/钛酸四正丁酯/乙酸钴为前躯体,共轴静电纺丝法,用高速旋转的铜针为接收装置,制备了直径均一,具有螺旋缠绕结构的双组分纳米纤维。将双组分纤维在200℃下热处理,然后在空气中600℃下焙烧,得到Co0.1Ti0.9O2中空纳米纤维,中空纤维的外径为60-300 nm,壁厚为10-30 nm。用红外吸收光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试手段对超细纤维进行了表征。中空纤维的内外直径大小和壁厚可以通过改变电纺丝参数来调节。与诸如TiO2纳米中空纤维、TiO2纳米纤维、TiO2纳米粉体相比较,Co0.1Ti0.9O2纳米中空纤维在电分解亚甲基蓝上表现出很好的催化性能。
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