静电纺丝法制备纳米纤维及其应用研究

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1、中文摘要探讨了静电纺丝工艺参数对纤维形态的影响。在电压为25kV，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

2、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毗咯烷酮纳米纤维。把聚乙烯吡咯烷酮(PvP，Mw=1，300，000)溶于乙醇中制得6．14w％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N2微米以上，长可达数十厘米。叶轮纺丝技术与静电

3、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Ti02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Ti02纳米管，银颗粒的直径为几纳米至lJ40纳米不等，Ti02纳米管的外径150．300mn，管臂厚10．20IlIll。用红外吸收光谱(FT．IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜

4、(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。与诸女ITi02纳米中空纤维、Ti02纳米纤维、Ti02纳米粉体相比较，Ag颗粒填充的Ti02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200oC下热处理，然后在空气中600oC下焙烧，得NCoo．1Tio．902中

5、空纳米纤维，中空纤维的外径为60．300nin，壁厚为10．30tim。用红外吸收光谱福建师范大学常国庆硕士学位论文(FT-m)、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Ti02纳米中空纤维、Ti02纳米纤维、Ti02纳米粉体相比较，Coo．1Tio．90z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。关键词：静电纺丝；纳米纤维；二氧化钛；光催化；降解Ⅱ中文文摘半导体功能材料

6、和器件是现代信息产业的基础和核心，基于低维半导体微结构材料的固态纳米器件，已成为目前的研究热点。低维半导体纳米器件的制备依赖于低维结构材料生长和纳米加工技术的进步，而纳米结构材料的质量又很大程度上取决于生长和制备技术的水平。常见金属氧化物多为宽禁带化合物，光能利用率低，半导体复合可拓宽其光激发响应范围向长波方向移动甚至达到可见光区，为利用光能提供了一个有价值的途径。本论文主要分为以下七节：绪论：介绍了静电纺丝制备纳米纤维的基本原理、纺丝材料、静电纺丝装置及影响因素等。同时，概述了纳米材料的基本效应，纳米复合

7、材料的定义、命名、基本性能及其制备方法，着重介绍了金属氧化物Ti02。在半导体光催化的研究中，介绍了半导体光催化基本原理、光催化剂的改性及对光催化剂的负载的研究进展；以亚甲基蓝作为污染物模型。介绍了亚甲基蓝的结构、选用亚甲基蓝作模型污染物的原因及亚甲基蓝的光催化脱色机理。第一章：以电纺丝法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)螺旋纤维纳米绳。在25kV的电压，PVP溶解于无水乙醇中，PVP／alcohol质量分数为10％时，以高速旋转的竖直细铜针为接收装置。在纺丝针头和接收铜针间静电库仑引力，纺丝纤维间的库仑斥力及

8、单针高速旋转的三重作用下，PVP纤维成螺旋状。随着旋转速度的不同，纤维形态呈现出松散线状_松散螺旋状_紧密螺旋绳的变化趋势。第二章：本章在第二章工作的基础上，介绍了另一种纺出聚乙烯吡咯烷酮纳米纤维的简单方法：叶轮法。把聚乙烯吡咯烷酮(PVP，Mw=l300000)溶于乙醇中制得6．14、舭的溶胶，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