静电纺丝制备复合纳米纤维材料

论文摘要

纳米复合纤维是随着科学技术的发展而涌现出的一种新型功能材料,它是由两种或两种以上性质不同的材料,通过各种工艺手段组合而成的复合纤维体。在复合材料中,通常有一组分为连续相,称为基体;另一组分为分散相,称为增强材料。在本文中我们主要研究两类复合纤维:第一,无机纳米粒子/高分子复合纳米纤维;第二,氧化物复合纳米纤维。研究的主要内容与取得的成果,具体归纳如下:1:静电纺丝制备棉纤维素超细纤维及载银纤维素复合纳米纤维首先用静电纺丝方法,以LiCl/DMAc为溶剂,制备出棉纤维素（DP>10000）超细纤维。对溶液性质、电纺工艺、环境条件对纺丝过程及静纺纤维的影响都做了系统的探讨,结果表明:在纤维素浓度为1.1wt%、流速为0.04ml/min、场强1.2KV/cm等条件下,能够电纺得到光滑、直径分布均匀的纤维素超细纤维;同时对纺丝装置进行了几个细节的改进,使其更适合静纺该类型的纺丝液,扩大了静电纺丝的使用范围;通过高速滚筒收集,制备得到取向性的静纺纤维,力学性能测试表明相比较于非取向性的纤维,它拥有着更强的力学性能;通过水接触角的测试,结果显示棉纤维素纤维膜经过静电纺丝后由原来的厌水性变为亲水性。因此,这种纤维素纤维膜或纤维毡有望用来做为组织支架、防护服和高吸水材料等等。之后,我们利用纤维素的多羟基结构,通过吸附硝酸银水溶液的银离子,结合紫外还原技术,将表面吸附的银离子还原为银纳米颗粒,实现对纤维素纳米纤维的功能性Ag的掺杂复合,制备出纤维素/Ag复合纤维。紫外吸收谱图表明该静纺纤维膜具有较好的吸光能力,可以用来做遮光纺织材料;同时考虑到银具有良好的抗菌效果,该无纺布有望于应用在抗菌材料（抗菌服装）等领域。2:醋酸纤维素（CA）基复合纳米纤维首先做了部分基础实验:电纺制备CA纳米纤维,并研究了其经过碱处理得到再生纤维素纳米纤维的转变过程。然后通过物理掺杂,制备出醋酸纤维素/二氧化铈复合纳米纤维。采用TGA、SEM、XRD、TEM等测试方法,研究结果显示,二氧化铈纳米颗粒很成功的与CA进行了复合,而且有意思的是:纳米粒子不仅较均匀的分布在纤维的表面,还存在于纤维内部,这就给复合纤维的力学性能带来了增强的效果。UV-vis测试表明经过二氧化铈掺杂之后的复合纳米纤维在紫外区域与可见光区域拥有着很强的吸收能力,可以用来作为紫外遮光材料。3:氧化物复合纳米纤维----CeO2-ZnO复合纳米纤维、ZnO-CuO复合纳米纤维以无水乙醇和水为溶剂,用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、乙酸锌、硝酸铈配得前驱体溶液,用静电纺丝方法制备出PVP/Zn（CH3COO）2/Ce（NO3）3复合纳米纤维,经过高温烧结,得到纯的CeO2-ZnO复合纳米纤维。并采用TGA,SEM,EDS,FTIR,XRD和FE-SEM等测试方法对其形貌和结构进行表征。结果显示:前躯体静纺纤维在500度煅烧后,得到了复合纳米纤维,形貌由原来的光滑变得粗糙,直径也由原来的227nm变为46nm,纤维是由两种纳米粒子组合而成,一是立方晶系的CeO2,另一种是单斜晶系ZnO纳米粒子。研究了CeO2-ZnO复合纳米纤维对罗丹明B的光催化降解性能,实验结果表明:相比较于纯的CeO2或ZnO纳米纤维,CeO2-ZnO复合纳米纤维有着更强的光催化性能,在3h之内,基本上能够完全降解罗丹明B。最后,采用相同的方法制备出了ZnO-CuO复合纳米纤维,同样采用了XRD、FESEM、UV-vis等测试手段对所制备的纳米纤维进行了形貌与性能的表征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料及其性质
• 1.2 一维纳米纤维及纳米复合纤维材料
• 1.3 静电纺丝制备纳米纤维
• 1.3.1 静电纺丝原理及其影响因素
• 1.3.2 静电纺丝制备纳米纤维的优缺点
• 1.3.3 静电纺纳米纤维材料的应用
• 1.4 论文选题的意义和思想
• 1.5 本文研究的内容和创新点
• 第二章：棉纤维素超细纤维及纤维素基复合纳米纤维的制备与研究
• 2.1 引言
• 2.2 棉纤维素超细纤维的制备与研究
• 2.2.1 实验部分：天然棉纤维的溶解与静电纺丝
• 2.2.1.1 棉纤维素的活化处理
• 2.2.1.2 棉纤维素 LiCl/DMAc 纺丝液的制备
• 2.2.1.3 棉纤维素LiCl/DMAc 溶液的静电纺丝
• 2.2.1.4 棉纤维素静纺纤维的后处理
• 2.2.1.5 表征
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 纤维素浓度对静纺纤维形貌的影响
• 2.2.2.2 流速对纤维素静纺纤维形貌的影响
• 2.2.2.3 电场强度对纤维素静纺纤维形貌的影响
• 2.2.2.4 后处理对静纺纤维的影响
• 2.2.2.5 工艺改进
• 2.2.2.6 取向性纤维对形貌及其力学性能的影响
• 2.2.2.7 接触角测量
• 2.3 纤维素超细纤维的功能改性----载银复合纳米纤维的制备与研究
• 2.3.1 实验部分：复合纳米纤维的制备
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 第三章：醋酸纤维素及其纳米无机复合纳米纤维的制备与研究
• 3.1 引言
• 3.2 醋酸纤维素超细纤维的制备与研究
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 醋酸纤维素/二氧化铈复合纳米纤维的制备
• 3.3.1 实验部分
• 3.3.1.1 二氧化铈纳米颗粒的制备
• 3.3.1.2 纺丝液的制备
• 2复合纳米纤维'>3.3.1.3 静电纺丝制备 CA/CeO₂复合纳米纤维
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 测试与表征
• 3.3.2.2 复合纳米纤维 TGA、FE-SEM、EDS、XRD、TEM、UV 分析
• 3.4 本章小结
• 第四章：氧化物复合纳米纤维的制备与研究
• 4.1 引言
• 2-ZnO 复合纳米纤维'>4.2 Ce0₂-ZnO 复合纳米纤维
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 电纺前驱体溶液的制备
• 3）₃/Zn（CH₃COO）₂复合纳米纤维的制备'>4.2.1.2 PVP/Ce（NO₃）₃/Zn（CH₃COO）₂复合纳米纤维的制备
• 2-ZnO 电纺复合纳米纤维的制备'>4.2.1.3 Ce0₂-ZnO 电纺复合纳米纤维的制备
• 4.2.1.4 光催化性能研究
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 TGA、FE-SEM、TEM、XRD、FTIR 表征
• 4.2.2.2 光催化性能研究
• 4.3 ZnO/CuO 复合纳米纤维
• 4.3.1 实验部分
• 4.3.2 结果与讨论
• 4.3.2.1 TGA、FE-SEM、XRD、FTIR 表征
• 4.3.2.2 ZnO/CuO 复合纳米纤维的光学性能研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 亟待解决的问题及后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕硕期间完成的论文