静电纺丝技术制备钙钛矿型纳米纤维与表征

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纳米纤维以其优异的光、声、电、磁、热以及机械性能等特性早已引起人们的广泛关注。钙铁矿型稀土复合氧化物由于其巨磁电阻效应、光催化氧化活性、敏感特性以及在汽车尾气净化中的应用,也越来越受到人们的青睐。若将其制成纳米纤维,性能将更加完善,应用前景也将更加广阔,具有十分重要的意义。 本文以聚乙烯醇(PVA Mn=80000)和各种无机盐为前驱体,采用溶胶-凝胶法配制出具有一定粘度的前驱体溶液,利用静电纺丝技术成功地制备了PVA/[La(NO33+Co(CH3COO)2]、PVA/[La(NO33+Fe(NO33]、PVA/[La(NO33+Mn(CH3COO)2]、PVA/[La(NO33+Cr(NO33]以及PVA/[La(NO33+Ni(CH3COO)2]复合纤维,经过高温焙烧得到了晶态单相的钙钛矿型LaCoO3、LaFeO3、LaMnO3、LaCrO3和LaNiO3纳米纤维。 我们对工艺条件的影响进行了系统地研究,发现PVA的浓度、无机盐的含量、电压、固化距离和热处理的升温速率是影响复合纤维特性的主要因素。PVA的最佳浓度为9%,浓度过小,纤维呈串珠状,浓度过大,纤维直径会变粗,且成丝速率低;无机盐的含量在3%左右,增大其含量会引起纤维直径变粗,且分布不均匀,并最终使纤维出现类似“吸潮”的现象;随着电压的增大纤维直径会减小,但电压过大会导致直径分布不均匀,所以最佳电压为20kV;固化距离的增加使纤维变粗,但直径却趋于均匀,最佳固化距离在15cm左右;热处理过程中升温过快会使纤维断裂,不利于纤维形貌的保持,升温速率应控制在2℃/min以下。此外,温度和湿度也对纺丝过程有一定的影响。 采用X射线粉末衍射、扫描电镜、差热-热重以及红外光谱等现代分析手段对样品进行了系统地表征。结果表明,经过对各种复合纤维进行热处理,得到了晶态单相的钙钛矿型LaCoO3、LaFeO3、LaMnO3、LaCrO3和LaNiO3纳米纤维,这些纤维的形貌为规则的一维结构,直径为80-100nm,直径分布均匀。
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