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高等物化考核形式
(试卷封面)
院系
专业
学生姓名
学号
课程名称
高等物理化学
授课时间
2017年9月至2018年2月
周学时
54
学分
3
简
要
评
语
考核论题
总评成绩
(含平时成绩)
备注
任课教师签名:
日期:
注:
1.以论文或大作业为考核方式的课程必须填此表,综合考试可不填。
“简要评语”栏缺填无效。
2.任课教师填写后与试卷一起送院系研究生秘书处。
3.学位课总评成绩以百分制计分。
东南大学研究生课程论文
高等物理化学
题目:
院(系):
专业:
姓名:
学号:
指导教师:
丁收年
东南大学化学化工学院
年月
目录
1.“一锅煮”的方法合成金纳米簇4
1.1对金簇光谱图以及TEM图的解析4
1.2金簇在PO43-检测上的应用6
2.微乳模板法7
2.1微乳液和普通乳状液、胶团溶液的性质区别8
2.2微乳液的形成理论8
2.3微乳液类型的预测9
2.4微乳液法制备纳米颗粒的基本原理9
3.溶胶-凝胶技术10
3.1溶胶-凝胶过程及其反应机理11
3.2溶胶-凝胶法制备纳米材料11
3.2.1溶胶-凝胶法制备零维纳米材料11
3.2.2溶胶-凝胶法制备一维纳米材料12
3.2.3溶胶-凝胶法制备二维纳米材料12
4.静电纺丝技术13
4.1静电纺丝技术过程与装置13
4.2静电纺丝技术制备纤维的影响因素14
4.3静电纺丝技术在制备纤维上的应用14
5.参考文献16
纳米材料合成中的新技术
纳米材料是指在三维空间至少有一维处于纳米尺度范围内(1~100nm)或由它们作为基本单元构成的材料。
按照材料的基本单元处于纳米尺度范围内的维数,它大致可以分为三类:
零维纳米材料,指其在空间三维尺度均在纳米尺度范围内,如纳米粉末、原子团簇等;一维纳米材料,指在空间有两维处于纳米尺度,如纳米丝、纳米棒、纳米管等;二维纳米材料,指在三维空间有一维处于纳米尺度,如超薄膜、超晶格等。
零维和一维纳米材料又称为低维纳米材料。
纳米材料和常规材料相比具有更好的性能和更广阔的应用前景。
有科学家预言,21世纪纳米材料将是“最有前途的材料”。
纳米材料的制备方法有很多种,根据制备过程中是否发生化学反应,可以分为化学法和物理法。
物理法中包括团聚成核的经典物理法如溅射法、蒸发-冷凝法,也有将宏观物质通过尺寸减小过程来制备纳米材料的高能机械球磨法等;化学法包括化学气相沉积法、共沉淀法、溶胶-凝胶法和固相反应法等。
在本文中主要介绍“一锅煮”的方法合成纳米金簇、微乳模板法、溶胶-凝胶技术、静电纺丝新技术在纳米合成中的应用。
1.“一锅煮”的方法合成金纳米簇
金纳米簇,作为纳米材料的一种,具有荧光强,无毒,水溶性等特点。
合成的金纳米簇可以应用于二价铜离子和汞离子等重金属离子的检测,其检测范围广且不易受干扰。
由于金纳米簇光学性能独特,在传感、成像等方面领域也有着较好的应用前景。
发展新的方法和技术以制备金纳米簇,研究他们不同的微纳结构对其物理、化学性质的影响,将具有生物感测方面的潜在应用价值,并且对分析领域的快速发展有着重要的现实意义。
金纳米簇的合成包裹剂和还原剂,目前为止常用到的还原、包裹剂有牛血清蛋白(BSA)、谷胱甘肽(GSH)、11-巯基十一烷酸(11-MUA)等。
它的合成方法很简单,以11-巯基十一烷酸包裹为例下面进行简单介绍:
取6.6mg11-巯基十一烷酸和5ml浓度为10mmol/L的HAuCl3溶液与圆底烧瓶中,将pH值调节到11.5,在37℃反应24小时。
最后在转速为15000下离心五分钟,用丙酮/水(3:
1)进行清洗。
离心所得物在4℃下保存。
1.1对金簇光谱图以及TEM图的解析
从下图1中可以看出金簇不同于金纳米粒子,它的紫外可见吸收光谱在500nm左右没有吸收峰。
这个峰是表面等离子共振峰,是金纳米粒子典型的吸收峰,由紫外可见吸收光谱可以说明金簇已经被成功地合成。
从透射电镜上可以看出金纳米粒子的尺寸在2nm左右。
图1:
11-MUA包裹的金簇的紫外可见吸收光谱图和TEM图
下图2是金簇的荧光发射波谱。
可以看出在不同的激发波长下激发强度不同,在285nm处的荧光强度最大,且最大荧光强度出现在610nm。
图211-MUA包裹的金簇的荧光发射波谱
在实验过程中我们发现了一种现象:
在合成的金簇水溶液中加入Eu3+,在暗箱式紫外分析仪下观察,可以明显发现金簇的荧光发生猝灭。
为了让这种现象得到充分的应用,我们对实验室的药品进行筛选,发现磷酸根对上述溶液的荧光有恢复的作用。
下面的scheme图便是对这种现象的解释。
1.2金簇在PO43-检测上的应用
Scheme图
首先金簇中加入Eu3+时荧光会猝灭,加入PO43-(Pi)后荧光恢复。
利用这一现象来检测磷酸根。
上图是本次实验的scheme图。
为了利用此现象制备生物传感器,我们需要对实验条件进行优化。
下面,我们通过做荧光相对强度与时间的曲线,证明金簇的稳定性,从而确定孵化时间。
图3金簇的荧光相对强度与时间的曲线
从上图中,可以看出金簇的荧光强度在100min内基本上没有变化,表明金簇是比较稳定的。
孵化时间确定20min。
溶液的酸碱性对于实验的影响也很大,所以我们要确定实验的最佳反应pH值。
图4给了我们清晰的解析。
图4pH值的优化
从上图中可以看出,在pH=7的时候11-MUAAu-NCs荧光强度最大,加入Eu3+后的猝灭效应最大,加入PO43-(Pi)的恢复效应也最大。
所以确定最佳pH值为7
图5Eu3+浓度的优化
通过对Eu3+浓度进行优化,如图3,确定了Eu3+的最佳浓度是30μM。
然后最终确定了磷酸根的线性曲线。
图4PO43-的线性曲线
线性曲线的线性范围为0.18μM—250μM,检测限180nM,表明该生物传感器具有较高的灵敏度,此传感器有很大的应用前景。
以上工作已经过实验验证并发表。
2.微乳模板法
微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂、油相和水在适当的比例下自发形成的透明或半透明、低粘度且各相同性的热力学稳定体系。
油相一般为C6一C8的烷烃、如己烷、庚烷、辛烷、环己烷、异辛烷等;常用的表面活性剂有阴离子型如2-二乙基己基醋磺酸钠、十二烷基磺酸钠(AOT、SDs),阳离子型如十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和非离子型如曲拉通、聚氧乙烯醚;助表面活性剂一般为中等碳链的醇。
表面活性剂在与水和非水溶剂的混合体系中,当表面活性剂的浓度高于临界胶束浓度时,表面活性剂分子形成聚集体,结构如图1.1(a),表面活性剂长链向内,形成一个非极性的核心,可以增溶一定量的亲油性物质;而极性头基在非极性核与水溶液之间形成边界区,这时的微乳结构为O/W型。
聚集体的外围分别为Stem层和Gouy-chapman层,整体为扩散双电层结构。
常用表面活性剂的临界胶束浓度在10-4-10-2mol/L之间。
图1.1(b)为表面活性剂在油相中形成的反胶团结构,极性头朝向水核,在水核内形成扩散双电层,表面活性剂的长链向外,深入油相中,这种结构称为反向或W/O型微乳。
2.1微乳液和普通乳状液、胶团溶液的性质区别
在结构方面,微乳液主要分为O/W型和W/O型,类似于普通乳状液。
但在性质上和普通乳状液有根本的区别:
微乳液是热力学上非常稳定的体系,分散相质点小而均匀,能自发形成,不需要外界提供能量;宏观上各相同性,光学上透明或半透明。
含有增溶物的胶团溶液也是热力学稳定的均相体系,因此在稳定性方面,微乳液更接近于胶团溶液。
从质点大小看,微乳液是介于胶团溶液和普通乳状液之间的过渡物,因此兼有两者的性质。
这充分体现了自然辩证法的规律:
“一切差异都在中间阶段融合,一切对立都经过中间环节而互相过渡”。
普通乳状液是热力学不稳定而动力学稳定的体系,是一种多尺度多分散体系,分散相尺寸为微米范围(0.1-10μm)。
外观通常为乳白色,靠表面活性剂维持动态稳定。
在制备方面,微乳液体系通常同时需要表面活性剂和助表面活性剂。
阳离子、阴离子和非离子表面活性剂均可使用,有的微乳液体系还使用两种或两种以上的复合表面活性剂。
助表面活性剂一般为中等碳链的醇,其与表面活性剂在微乳的油/水界面形成混合吸附层,进一步降低油水界面的张力,同时提高界面膜的强度。
但具有较大体积的烷基链的表面活性剂不需要助剂也能形成微乳液体系,如AOT。
而普通乳状液的制备只需要表面活性剂即可。
2.2微乳液的形成理论
关于微乳液的形成,人们提出了许多理论和模型加以解释,其中最著名的为Schulman提出的“瞬时负界面张力”模型:
表面活性剂和助表面活性剂组成混合界面膜,使油水界面张力降的很低,达到10-5-10-3mN/m,甚至产生负值。
根据这一机理,助表面活性剂的存在在微乳形成中是必不可少的,但是,AOT和一些非离子表面活性剂无需助表面活性剂也能形成微乳液。
这说明负界面张力不能完全解释微乳液的形成,还有其它因素如界面的柔性或弯曲不稳定性、质点的分散嫡对微乳形成也起到重要作用。
Mitchen等[6]认为,界面膜在性质上是一个双重膜,他们从双亲物聚集体的分子几何排列角度出发,建立了界面膜几何排列模型,以填充系数为参数解释了微乳液的结构。
2.3微乳液类型的预测
Winsor根据微乳液相图将微乳液分为如下几类:
类型Ⅰ:
表面活性剂在水中具有很好的溶解性,O/W微乳液与剩余油相呈平衡的两相体系。
富含表面活性剂的水相和油相共存,油相中的表面活性剂仅以浓度较低的单体形式存在。
类型Ⅱ:
表面活性剂主要存在于油相中时为W/O型微乳液。
WinsorⅡ是W/O微乳液与剩余水相呈平衡的两相体系。
类型Ⅲ:
富含表面活性剂的中相和含表面活性剂较少的油、水两相共存。
双连续型与剩余水相和剩余油相呈平衡的三相体系,有时也将这种体系称为中相微乳液,而将前两者分别称为下相和上相微乳液。
类型Ⅳ:
均匀的单相微乳液,无论是O/W型还是W/O型都统称为WinsorⅣ
2.4微乳液法制备纳米颗粒的基本原理
微乳液的结构从根本上限制了颗粒的生长,使超细颗粒的制备变的可控。
W/O型微乳液是由油连续相、水核及表面活性剂与助表面活性剂组成的界面三相构成。
1-100nm尺寸的水核被表面活性剂与助表面活性剂分子组成的界面膜包围,可以看作是一个“微型反应器”或“纳米反应器”,其大小可以控制在几个至几十个纳米反应空间,是理想的反应介质,其中可增溶不同的反应物。
微乳法合成纳米颗粒可分为三种情况:
(a)将两个分别增溶有反应物的微乳混合。
由于微乳颗粒间的碰撞,反应物通过微乳界面膜进行传递或者交换,引起水核内化学反应。
(b)一种反应物首先增溶于微乳水池内,将还原剂加入到微乳中。
还原剂穿过微乳体系的界面膜,与另一种反应物反应,产生晶核并生长。
(c)一种反应物增溶于水池内,另一种反应物为气体。
将气体通入液相中,充分混合使其与水池内的物质发生反应。
由上面的讨论可知,微乳法制备纳米颗粒最直接的方式是将含有反应物的两种微乳液混合。
如AgCl纳米颗粒的制备就是将分别含有AgNO3和NaCl的W/O微乳液体系混合,Ag-和Cl+在微水池内发生沉淀反应。
AgCl在W/O微乳内的聚并速率常数与微乳液的组成有明显的关系,微乳液所含极性物越多,速率常数越大,带电微乳液粒子间的静电斥力也是限制AgCl生长的一个原因。
CdS、ZnS等纳米材料也可用这种方法制得。
另一种方法是反应物由油相进入微乳液,再分解或还原产生颗粒。
在这种方法中,反应物大多是由金属醇盐透过微乳液界面膜进入水核内,醇盐在水核内水解或还原生成金属或金属氧化物,如Au、Pt、Ni、TiO2、SiO2、A12O3等纳米粒子的制备。
还有一种方法是微乳液分散体系中通入气体来获得纳米粒子。
微乳法以其特有的优势成为纳米颗粒合成中具有很好应用前景的技术。
目前,关于微乳法制备纳米颗粒的研究主要集中在对粒子的尺寸和形貌的控制上,但对有些纳米颗粒如ZnO、TiO2:
等还不能很好的控制。
另外,微乳法制备纳米颗粒的产量较低,成本高,油相和表面活性剂的回收利用存在一定的困难,因此,其经济上的可行性和商业化利用值得进一步研究。
如何大规模生产、实现微乳制备商业化,是一个意义深远的研究目标。
另一方面,如何精确控制形貌,制备出如片状、纤维状、椭球形等纳米颗粒值得进一步研究。
表面活性剂结构和浓度不同,其在微乳体系中自组装形成的结构和聚集状态也不同,运用表面活性剂的这些性质,制备出具有特殊结构和有序排列的纳米材料值得深入研究。
在基础研究方面,微乳液的形成机理、微结构控制和检测、水核中水性质的研究有待于进一步深入;纳米颗粒在微乳水核中形成的动力学规律、界面性质对颗粒生长的诱导效应和微乳中的离子及添加剂对颗粒生长和形貌的影响有待于深入研究。
3.溶胶-凝胶技术
溶胶-凝胶法是以无机盐或金属醇盐为前驱物,通过水解缩聚由溶胶逐渐形成凝胶,经老化、干燥等后处理从而得到所需材料的方法。
3.1溶胶-凝胶过程及其反应机理
溶胶-凝胶过程是无机盐或金属醇盐在溶液中发生化学反应,首先形成粒径在1nm左右的一次粒子,一次粒子聚集长大在溶液中形成溶胶(图1a);经过进一步的化学反应,溶胶粒子之间相互交联,形成以前驱体为骨架具有三维网络结构的凝胶(图1b);凝胶再经过干燥脱去网络结构中的溶剂而形成一种多孔结构的材料;最后,经过烧结固化从而得到所需的材料。
在整个过程中,凝胶的结构和性质在很大程度上决定了其后的干燥、致密过程,并最终决定材料的性能。
在整个溶胶-凝胶过程中,主要发生如下两种类型的反应:
水解反应:
MOR+H2O=MOH+HOR
缩合反应:
MOR+HOM=MOM+HOR
MOH+HOM=MOM+H2O(M=金属或Si;R=烃基或其他有机基团)
表面看起来这个过程似乎非常简单,MOR先进行水解反应而后再进行分子间的缩聚,但实际上非常复杂。
水解和缩聚并非两个孤立的反应过程,两种反应是交叉进行的,水解过程中包含缩聚反应,而缩聚产物也会发生水解反应,产物也非常复杂,而且影响水解和缩聚反应的因素也很多,因此,目前对于非硅体系的溶胶-凝胶过程和机理的研究并不是很深入。
3.2溶胶-凝胶法制备纳米材料
3.2.1溶胶-凝胶法制备零维纳米材料
零维纳米材料主要包括纳米粉末、原子团簇等。
其中纳米粉体又称超细粉或超微粉,一般指粒径在100nm以下的粉末或颗粒,是一种介于原子、分子与宏观之间处于中间态的固体颗粒。
溶胶-凝胶法在制备纳米粉体方面得到极为广泛的应用[1-3]。
如魏少红等[4]采用溶胶-凝胶法制备了一系列掺杂有SiO2的WO3纳米粉体,探讨了煅烧温度、掺杂量、工作温度对材料气敏性能的影响,研究结果表明,WO3中掺杂适量的SiO2有利于提高它对NO2气体的灵敏度。
徐国纲等[5]以三乙醇胺和氨水为凝胶剂,利用溶胶-凝胶法合成了结晶度高、分散性好、平均粒径为50nm、近球形的Y2O3纳米粉体,三乙醇胺的加入有利于提高Y2O3纳米粉体的分散性。
张志刚等[6]采用柠檬酸溶胶-凝胶法合成了不同粒径(10~100nm)和结晶度的MgO纳米粉末,并探讨了柠檬酸的作用机理。
向芸等[7]以钛酸丁酯为前驱物,将冷冻干燥技术与溶胶-凝胶法结合制备了粒径约为6nm、粒度分布均匀的球形TiO2纳米粉体,且该粉体具备优良的光降降解活性。
3.2.2溶胶-凝胶法制备一维纳米材料
一维纳米材料主要包括纳米丝、纳米棒、纳米管等。
利用溶胶-凝胶法制备一维纳米材料,多数采用与模板合成技术相结合的方法[8-11]。
Brinda[12]首先将溶胶-凝胶法与模板合成的方法联系起来,并用溶胶-凝胶法在薄膜的微孔中获得了TiO2,WO3,Co3O4,SiO2,MnO2和ZnO等多种无机半导体材料。
汪形艳等[13]制备了具有孔径大小均一、排列有序的阳极氧化铝模板(AAO),并以其为模板,用溶胶-凝胶法在其微孔内合成了MnO2纳米线,研究发现α-MnO2纳米线在2.0mol/L的(NH4)2SO4溶液中具有优良的电容行为,比电容达165F/g,是一种理想的超级电容器电极材料。
孟秀霞等[14]同样以AAO为模板,通过溶胶-凝胶法制备了单斜晶和立方晶形的多晶结构的ZrO2纳米管,所制备的纳米管阵列高度有序并且可通过控制浸泡时间等因素来制备不同孔径的纳米管或线。
但是由于采用溶胶-凝胶法制备纳米线,溶胶是通过毛细作用渗入孔内的,所以有时模孔会出现填充度很低的现象,这会直接影响所得纳米棒或纳米线的质量。
为了克服上述制备方法的缺陷,近年来有人用溶胶-凝胶电泳沉积方法制成了氧化物纳米线[15,16]。
3.2.3溶胶-凝胶法制备二维纳米材料
近年来,溶胶-凝胶法已被广泛地应用于制备各种功能纳米薄膜,如铁电及介电薄膜、光催化膜、非线性光学膜、气敏薄膜、压电陶瓷薄膜及高温超导薄膜等[17-21]。
任明放等[22]以普通玻璃载玻片为衬底,采用溶胶-凝胶工艺成功地制备出沿(002)晶面择优取向生长的ZAO薄膜,并研究了掺Al3+浓度、镀膜层数和退火温度对ZAO薄膜的晶体结构、形貌及光电性能的影响。
俞建长等[23]以异丙醇铝和正硅酸乙酯为主要原料,用溶胶-凝胶法制备无支撑体Al2O3-SiO2复合膜,研究了化学组成和煅烧温度对复合膜孔结构的影响。
其研究结果表明:
煅烧温度不同,复合膜的相组成也不相同。
金兴良等[24]合成薄膜并包埋偶氮试剂制备得到对二氧化氮具有灵敏响应的传感膜,通过累积吸收法能够现场测定空气中的低浓度二氧化氮。
杨东江等[25]采用溶胶-凝胶法,以首次合成的具有桥式结构的间苯二亚甲基二脲基丙基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法结合旋涂法制备了不同摩尔比的桥式聚倍半硅氧烷/SiO2杂化薄膜,表征分析结果表明,该薄膜平整均匀、具有良好的光学透明性、热稳定性和防潮性能。
何静等[26]制备了不同Si/Ti比的TiO2-SiO2双组分膜,研究了SiO2的引入量对薄膜的光催化性能的影响,并探讨了反应机理。
溶胶-凝胶法的基本理论已经建立,应用技术也逐渐成熟,逐渐形成了一门独立的边缘学科。
但要真正做到对材料超微结构控制,分子级水平设计剪裁,仍有大量的研究工作需要进行。
在理论研究方面:
溶胶-凝胶过程化学和结构变化规律、除硅体系外其他体系的反应动力学和热力学研究、惰性溶剂的应用研究、非氧化物的制备、凝胶在陈化过程中发生的物理和化学变化的深入认识等。
在工艺条件方面也存在许多有价值的研究课题,如较长的制备周期、原材料价格高和用金属醇盐和其他有机物为原料生产过程中环境污染的消除、产品干燥过程中应力松弛和毛细管力的消除、凝胶烧结理论等。
另外值得一提的是,溶胶-凝胶工艺及结构的计算机模拟,虽然该研究还处于初始阶段,但是其重要性是不言而喻的。
利用计算机模拟不仅可以大大缩短新材料研制的周期、节省大量的人力、物力和财力,还可以形象地描述溶胶-凝胶过程的微观生长机制,为从理论上进一步研究溶胶反应的机理创造了有利条件。
随着科学技术的不断发展和进步,溶胶-凝胶法制备纳米材料的技术和理论也将不断完善,该方法在纳米材料的合成上必将有更多、更为广泛的应用。
4.静电纺丝技术
4.1静电纺丝技术过程与装置
静电纺丝技术(Electrospinningfibertechnique)是使带电的高分液(或
熔体)在静电场中流动变形,经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,从而得到纤维状
物质的一种方法。
通常来说,静电纺丝装置由三个部分组成:
高压电源、液体供给装置(如注射器)、接收装置(如金属板或者转动滚轮),如图所示。
将高压电源(通常为几千甚至几万伏)连接至装有高分子或熔融液体的供给装置,收集板用导线接地,作为负极,并与高压电源负极相连。
另外为了将液体的流速控制得更准确,液体流量控制系统也渐渐被采用。
电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。
由于电场的作用,聚合物溶液表面会产生电荷。
在电场力的作用下,带电的聚合物液滴在毛细管的泰勒锥顶点被加速。
当电场力足够大时,聚合物液滴可克服表面张力形成喷射细流,细流在喷射过程中溶剂挥发,溶质固化,最终落在接收装置上得到带电的聚合物纤维[27,28]。
4.2静电纺丝技术制备纤维的影响因素
影响静电纺丝的因素很多,包括溶液参数、过程参数和环境参数。
具体来说,溶液参数包括粘度、电导率、分子量、表面张力等。
过程参数包括施加电压、喷头与接收装置间的距离、溶液供给的速度等。
环境参数包括温度与空气湿度等。
由于静电纺丝技术可控的因素很多,因此通过对这些参数的控制,能获得不同半径及形态的纤维。
溶液自身的性质会产生影响。
低粘度会产生念珠状纤维,高粘度则会减少念珠,并导致纤维半径的增大;高分子聚合物的浓度越高则会使纤维的半径越大;聚合物分子质量越大,则会减少念珠状纤维的产生;而随着电导率的增加,纤维的半径则相应减小;不同的溶剂表面张力不同,表面张力越大则喷射流越不稳定。
另外,过程参数对纤维的形态也有较大的影响。
随着电压升高,纤维越细,但表面缺陷则越多;喷头与接收装置间的距离过近或过远都会导致念珠状纤维;此外,溶液供给的速度越大,则纤维越粗。
与此同时,环境因素,如温度或湿度都会产生影响:
温度越高,纤维越细湿度越大,则会导致纤维的微孔的产生。
4.3静电纺丝技术在制备纤维上的应用
目前已有200多种聚合物通过电纺的方法成功纺出。
在传统意义上,静电纺丝技术只能制备高分子纳米纤维,而不能制备无机物纳米纤维,因为无机物在溶液或熔融状态下达不到静电纺丝所需的粘度要求。
然而,我们可以将静电纺丝技术和溶胶-凝胶以及聚合物前驱体法等方法进行结合来制备一维无机物纳米纤维。
在高分子溶液或熔体中,很多无机组分可以通过配位键、共价键、或分子间力结合到高分子上,形成一种含有机-无机杂化组分的溶胶。
用这种溶胶进行静电纺丝就可以制备有机-无机杂化纳米纤维,再通过热处理或者溶剂溶解等方法除去高分子,剩余物质将是无机物。
此外,通过电纺装置的特殊设计,可以得到具有特殊结构或者性能的纳米纤维。
通过对液体供给装置的设计,如图0-2(a)所示,将不同物质放在里外层,即可得到核壳结构的纤维。
例如可以将无法进行静电纺丝的聚合物放在里层,可以进行静电纺丝的聚合物放在外层,外层聚合物去掉,即得到相应形态的内层物质。
同样地,通过处理将内层物质除去,就得到空心结构的纤维,如图0-2(b),Li和Xia[29]用这种方法制备了PVP/TiO2空心纳米纤维。
不仅如此,江雷课题组,将共轴电纺丝进行了进一步的拓展,通过对毛细管结构进行改进,得到了如图0-3所示的多腔纳米管[30]。
由天艳小组制备了包含Pd纳米粒子的碳纤维[31],采用钯盐与聚丙烯腈的混合物作为静电纺丝前躯体,得到的纳米纤维在如下条件:
(1)空气中230℃加热3h,
(2)加热到300℃,在H2/Ar(H2/Ar=1/3)混合气中加热2h,将钯纳米粒子还原,(3)在Ar中加热到1100℃半小时碳化的热处理。
采用相似的方法,得到如图0-5包含镍纳米粒子的碳纤维材料[32,33],并在电化学分析检测中进行了很好的应用。
近几年来,由于纳米材料研究的迅速升温,激起了人们对静电纺丝(又称电纺)进行深入研究的浓厚兴趣。
和拉伸、相分离等方法相比,静电纺丝已成为制取纳米纤维最重要、最有效的方法。
5.参考文献
[1]刘奎立,李建.纳米材料及其应用.周口师范学院学报,2005,2
(2):
28-35.
[2]张立德等.纳米材料和纳米结构.北京:
科学出版社,2001,12-20.
[3]KlabundeKJ.
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