气流纺丝氧化物纳米纤维的制备与应用
发布时间：2021-06-29 00:24
纳米纤维材料凭借其特殊的一维结构和多功能性备受关注,其中氧化物纳米纤维因兼具氧化物材料的特性在各个领域有着广泛应用。对于纳米纤维的合成制备,一种效率高、适用范围广、工艺简单和安全的方法在科学研究和工业应用上都尤为重要。本文基于一种具有上述优势的新型气流纺丝技术,对一系列氧化物纳米纤维进行了大规模制备和组装。实现了在常温和高温条件下均具有弹性的氧化物纳米纤维海绵,并对气流纺丝制备的氧化物纳米纤维材料与它们所组成的多维结构在力学、催化、隔热、传感、过滤和柔性电子等领域展开了诸多应用。本文具体研究内容如下:首次通过气流纺丝法大规模地获得了均匀且连续的TiO2、ZrO2、SnO2和BaTiO3等多种氧化物纳米纤维材料。研究了气流纺丝的工艺参数对氧化物纳米纤维直径的影响与调控方法,制备得到了直径为35-800 nm的TiO2纳米纤维。通过设计一种多孔笼型收集装置,得到了孔隙率达到99.7%以上,密度为8-40 mg/cm3的氧化物纳米纤维组成的超轻三维海绵结构。进一...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同纳米纤维/线、纳米带、纳米管、多孔纳米纤维结构的SEM照片[7-12]
电子科技大学博士学位论文2从纳米纤维直径的尺寸大小上讲，狭义上直径尺寸小于100nm的纤维称为纳米纤维；从广义上，直径在1μm以下的纤维也可称为纳米纤维。从材料上分类，纳米纤维可分为有机纳米纤维材料和无机纳米纤维材料。无机纳米纤维材料中又包含有氧化物陶瓷纳米纤维和非氧化物陶瓷纳米纤维等。不同的材料与不同的纳米纤维结构，展现出了功能和应用的多样性。纳米纤维作为结构的基础单元，可以进一步组装成纱线/束（一维）、纳米纤维网络薄膜（二维）、纳米纤维泡沫（三维）等不同的结构和器件。一维单根氧化物纳米纤维半导体材料，可以在压力传感[13]、光敏器件[14]和气体探测[15]等领域发挥重要作用。图1-2（a）是将单根纳米纤维固定在两个金属电极之间，来作为光响应检测的器件结构示意图[16]；由纳米纤维组成的二维网络结构在人造电子皮肤[17]和过滤[18]等领域也有着广泛的应用，图1-2（b）是Au纳米管网络薄膜，可用在电子皮肤中作为电极[19]，图1-2（c）PAN纳米纤维网络薄膜，可以对大气中可吸入颗粒污染物PM2.5进行过滤阻隔[20]；纳米纤维组成的三维泡沫结构可以用作超轻且高强度的弹性体[21]、在隔热阻燃[22]、药物载体[23]、海水吸油[24]等领域发挥重要作用，图1-2（d）演示了由SiO2纳米纤维组成的超轻泡沫的耐高温性能[25]。纳米纤维材料与其组装结构的一系列优异性能和应用，我们将在第一章第四节中分别详细介绍。(a)(b)(c)(d)图1-2纳米纤维组成的一维、二维、三维结构的应用。(a)光敏检测传感器；(b)柔性电子皮肤；(c)空气过滤薄膜；(d)耐高温超轻泡沫[16,19-20,25]
第一章绪论5过饱和状态后析出形成相应的晶核，最终持续反应生长形成纳米线结构。CVD方法在制备碳纳米管上具有很好的优势，如在600-900℃条件下可以得到多壁碳纳米管，在900-1200℃下可以得到单壁碳纳米管[83-84]。但这一类方法的效率都较低，产量少，制备得到的纤维长径比往往较小，工程工艺也较为复杂，难以实现大规模生产。在这一节中，我们将重点介绍几种通过熔融/溶液纺丝技术来制备微纳米连续长纤维的方法，这些方法有的不仅可以适用于聚合物纳米纤维的制备，也可以结合溶胶凝胶体系，通过前驱体溶液的配制，和后处理过程，来得到多种氧化物陶瓷纳米纤维。1.3.1湿法和干法纺丝图1-3（a）、（b）和（c）分别展示了熔融纺丝（Meltspinning）、湿法纺丝（Wetspinning）和干法纺丝（Dryspinning）的流程示意图[85]。工业界中，熔融纺丝是制备微米纤维最常见的技术方法之一，但对于某些熔体温度等于或接近其热降解温度的聚合物材料，熔融纺丝便不再适合。因此，需要溶解在一定的溶剂中，通过湿法纺丝或者干法纺丝来制备得到这些纤维材料。(a)(b)(c)图1-3几种纺丝方法流程示意图。(a)熔融纺丝；(b)干法纺丝；(c)湿法纺丝[85]干法纺丝是一种较为方便和环保的生产方法，也已在化纤工业中得到大规模
【参考文献】：
期刊论文
[1]PM2.5 in China:Measurements,sources,visibility and health effects,and mitigation[J]. David Y.H.Pui,Sheng-Chieh Chen,Zhili Zuo. Particuology. 2014(02)
本文编号：3255335
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同纳米纤维/线、纳米带、纳米管、多孔纳米纤维结构的SEM照片[7-12]
电子科技大学博士学位论文2从纳米纤维直径的尺寸大小上讲，狭义上直径尺寸小于100nm的纤维称为纳米纤维；从广义上，直径在1μm以下的纤维也可称为纳米纤维。从材料上分类，纳米纤维可分为有机纳米纤维材料和无机纳米纤维材料。无机纳米纤维材料中又包含有氧化物陶瓷纳米纤维和非氧化物陶瓷纳米纤维等。不同的材料与不同的纳米纤维结构，展现出了功能和应用的多样性。纳米纤维作为结构的基础单元，可以进一步组装成纱线/束（一维）、纳米纤维网络薄膜（二维）、纳米纤维泡沫（三维）等不同的结构和器件。一维单根氧化物纳米纤维半导体材料，可以在压力传感[13]、光敏器件[14]和气体探测[15]等领域发挥重要作用。图1-2（a）是将单根纳米纤维固定在两个金属电极之间，来作为光响应检测的器件结构示意图[16]；由纳米纤维组成的二维网络结构在人造电子皮肤[17]和过滤[18]等领域也有着广泛的应用，图1-2（b）是Au纳米管网络薄膜，可用在电子皮肤中作为电极[19]，图1-2（c）PAN纳米纤维网络薄膜，可以对大气中可吸入颗粒污染物PM2.5进行过滤阻隔[20]；纳米纤维组成的三维泡沫结构可以用作超轻且高强度的弹性体[21]、在隔热阻燃[22]、药物载体[23]、海水吸油[24]等领域发挥重要作用，图1-2（d）演示了由SiO2纳米纤维组成的超轻泡沫的耐高温性能[25]。纳米纤维材料与其组装结构的一系列优异性能和应用，我们将在第一章第四节中分别详细介绍。(a)(b)(c)(d)图1-2纳米纤维组成的一维、二维、三维结构的应用。(a)光敏检测传感器；(b)柔性电子皮肤；(c)空气过滤薄膜；(d)耐高温超轻泡沫[16,19-20,25]
第一章绪论5过饱和状态后析出形成相应的晶核，最终持续反应生长形成纳米线结构。CVD方法在制备碳纳米管上具有很好的优势，如在600-900℃条件下可以得到多壁碳纳米管，在900-1200℃下可以得到单壁碳纳米管[83-84]。但这一类方法的效率都较低，产量少，制备得到的纤维长径比往往较小，工程工艺也较为复杂，难以实现大规模生产。在这一节中，我们将重点介绍几种通过熔融/溶液纺丝技术来制备微纳米连续长纤维的方法，这些方法有的不仅可以适用于聚合物纳米纤维的制备，也可以结合溶胶凝胶体系，通过前驱体溶液的配制，和后处理过程，来得到多种氧化物陶瓷纳米纤维。1.3.1湿法和干法纺丝图1-3（a）、（b）和（c）分别展示了熔融纺丝（Meltspinning）、湿法纺丝（Wetspinning）和干法纺丝（Dryspinning）的流程示意图[85]。工业界中，熔融纺丝是制备微米纤维最常见的技术方法之一，但对于某些熔体温度等于或接近其热降解温度的聚合物材料，熔融纺丝便不再适合。因此，需要溶解在一定的溶剂中，通过湿法纺丝或者干法纺丝来制备得到这些纤维材料。(a)(b)(c)图1-3几种纺丝方法流程示意图。(a)熔融纺丝；(b)干法纺丝；(c)湿法纺丝[85]干法纺丝是一种较为方便和环保的生产方法，也已在化纤工业中得到大规模
【参考文献】：
期刊论文
[1]PM2.5 in China:Measurements,sources,visibility and health effects,and mitigation[J]. David Y.H.Pui,Sheng-Chieh Chen,Zhili Zuo. Particuology. 2014(02)
本文编号：3255335
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