一维复合纳米材料的合成

一维复合纳米材料的合成

由电纺合成一维复合纳米材料

目录

1.引言

2.静电纺丝过程

3.制作一维复合纳米材料的方法

4.静电纺丝制备纳米材料的程序

5.总结与展望

本文概述了用静电纺丝的方法制备一维纳米复合材料及应用。本文在简单介绍静电纺丝技术的发展后，又讨论了用直接分离法，气-固反应法，原位光致还原作用，溶胶-凝胶法，乳液电纺法，溶剂蒸发法，同轴电纺法等方法将一种无机或高分子纳米成分转换成另一种无机或高分子纳米成分。此外，本文还强调了一维复合纳米材料的应用，比如在电子和光学设备、化学和生物传感器方面，以及在催化作用、环境、能源，生物医学等领域的应用。越来越多的调查表明静电纺丝已经不仅仅是实验室学术研究的脚垫，也被应用于更多的技术领域。

1.引言

一维形式的纳米结构纤维有网，棒，带，管，环等形状，过去的几年里由于其在多种领域新颖的性能和迷人的应用，引起了许多人们的关注。已经先后开发出很多先进技术用来制备形貌控制良好的一维纳米结构和化学成分。在这些方法中，有各种聚合物通过静电纺丝技术制备一维纳米结构（主要是纳米纤维，其它类型的一维纳米结构，如纳米棒可以由纳米纤维进过特殊的方法切割得到），似乎是最简单最通用的方法。与商业机械的制造超细纤维的纺织过程相比，静电纺丝过程利用表面电荷的静电斥力来减小粘滞弹性喷嘴和玻璃细丝的直径。一个最大的优势在于，制造大量的、不同种类的纳米纤维时，静电纺丝技术相对简单，而且价格低廉。静电纺丝的另一个优势是可以控制纤维的直径、比表面积、长宽比以及孔径大小。此外，米纤维可以有静电纺丝技术很简单的制得，唯一的要求是最初的溶液在第二阶段要可溶，且好分散。用静电纺丝制得的一维纳米材料有灵巧的构造，正式这种优势是的它有各种应用。

人们了解静电纺丝有一个世纪之久，而且静电纺丝被认为是电喷射过程的变异。在静电纺丝过程中，在增加电场的作用下，液滴下落、拉长。当有液体表面的电荷形成的斥力被表面张力平衡后，液体变形成圆锥状。一旦斥力超过表面张力，液体就会喷出。在低液体粘度的情况下，液体静脉曲张打破喷嘴，形成小液体流。如果将这种现象应用于聚合物溶液，由于表面电荷和蒸发溶剂之间的静电斥力，就会形成固体纤维而不是分解成单个的液滴。Formhals在1934年第一个对静电纺丝技术的设备做出了描述，并申请了专利，但是直到1900年才得到了关注。此后，Reneker和他的同事用这种技术做出了很多贡献。在工作中，它们对聚合物研究了一系列的静电纺丝过程。此外，他们论证了静电纺丝过程中聚合物纤维形成的机制。静电纺丝纤维由于其低维度和大的表面积已经被广泛应用，例如，用作其它纳米结构的模板、过滤器、纺织品、催化剂、组织工程、伤口愈合、化学生物传感器、药物释放和传递、肿瘤治疗等。

早些年间，静电纺丝主要用来制备聚合物的纳米纤维，直到今天，已经有超过上百种类的自然或合成聚合物被纺成纳米纤维。后来，一些科学家们关注于陶瓷纳米纤维和静电纺丝以及煅烧。自从由静电纺丝制得聚合纳米纤维和陶瓷纳米纤维后，很多人做出了综述，本文主要讲最近的研究即用静电纺丝制备一维复合纳米纤维。通常有三种一维复合纳米材料：有机纳米材料、无机纳米材料、无机复合材料。我们特别说明一些创新的方法，如如何制备一维复合纳米材料，以及在更多点领域的应用。综述主要有五个部分：接下来描述了静电纺丝的基本设备、静电纺丝过程以及在电场的影响下纺织纤维形成的机制。第四部分强调了一系列一维复合纳米材料在各种领域的应用。最后，对这种新技术做了总结与展望。

2．静电纺丝过程

2.1基本设备

如图1所示，静电纺丝设备简单且容易控制。通常，实验装置包括高压电源、喷丝头、导电收集装置。但，并不是所有这些装置都是电纺丝所必要的。例如，Yarin et al. 和Kameoka描述过没有喷丝头的电纺装置。

图一

在一个典型的静电纺丝实验中，将液体（聚合物溶液或熔化物）吸入带有细针管的注射器，针管直径大约100微米到1毫米左右。针管起到电极的作用，电收集器连接另一个电极，由此提供一个100—3000KV的电场区域。在大多数实验室喷嘴和电收集器的距离大约在20-25cm之间。在多数情况下，注射泵应以一个恒定的、可控的速度将液体从注射器中推出。外加电压使得流出的高聚合物液滴高度带电，激发的电荷分散在液体表面。一旦电场强度足够大，能使静电斥力克服聚合物溶液的表面张力，液体就会喷向另一相反电极。液体在喷射过程中蒸发或凝固，就会在电极收集器上形成无定向的无纺织布。除了喷嘴与收集器的距离、电压大小之外，其它参量，如液体的粘度、导电性、环境的湿度也会影响静电纺丝纳米纤维的形成。例如，液体的粘度很大程度上影响了纳米纤维的形态和直径。某些情况下，要得到光滑纳米纤维，也需要控制一个良好的湿度和温度。一些研究表明旋转轴心的速度和纤维的位置很大程度上影响了静电纺丝纳米

纤维的性能。纳米纤维不仅可以收集在 …… 此处隐藏：52字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……