一种复合金属氧化物纳米纤维制造技术

一种复合金属氧化物纳米纤维，其特征在于：纤维具有内外两层通过不同分子量的聚合物和金属盐配置成均一溶胶前驱液，高压静电纺丝获得纳米纤维，结合梯度热处理(梯度升温速率和梯度温度)过程，获得高质量的收缩的可调内结构的无机纳米材料。

【技术实现步骤摘要】
一种复合金属氧化物纳米纤维本申请是申请号为2016106289118，专利技术名称为一种双层嵌套纳米纤维及其制备方法，申请日为20160803的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术属于纳米材料制备

技术介绍
随着科学的发展，重大的研究发现微观多级的结构能够使材料拥有许多优异的性质。由于现代合成技术和分析测试的发展，微观纳米材料也经历这从简单到复杂的结构演变。进而，在近几年拥有更加复杂的内结构的第三代微米/纳米材料极大地刺激了许多科学家的研究兴趣，因为这些结构拥有更加优异的性能。另外，一维纳米结构，因其独特的性质引起研究者的广泛兴趣，并取得了非常优异的电化学性能。在所有制备方法中静电纺丝具有明显优势。静电纺丝以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。静电纺丝技术已经制备了种类丰富的纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。比如，Xiang等人同样利用该技术合成了CuO中空纤维，并在此基础上通过氢气还原工艺进一步获得了多孔的中空Cu纤维（CrystEngComm,2011,13(15):4856-4860）。此外，串珠链状纳米纤维、疏松多孔纳米纤维以及流苏状纳米纤维也有过报道。然而，利用静电纺丝技术制备纳米纤维还面临一些需要解决的问题。首先，在制备有机纳米纤维方面，用于静电纺丝的天然高分子品种还十分有限，对所得产品结构和性能的研究不够完善，最终产品的应用大都只处于实验阶段，尤其是这些产品的产业化生产还存在较大的问题。其次，静电纺有机/无机复合纳米纤维的性能不仅与纳米粒子的结构有关，还与纳米粒子的聚集方式和协同性能、聚合物基体的结构性能、粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等有关。如何制备出适合需要的、高性能、多功能的复合纳米纤维是研究的关键。此外，静电纺无机纳米纤维的研究基本处于起始阶段，无机纳米纤维在高温过滤、高效催化、生物组织工程、光电器件、航天器材等多个领域具有潜在的用途，但是，静电纺无机纳米纤维较大的脆性限制了其应用性能和范围，因此，开发具有生产工艺简单、柔韧性、连续性、结构一致性的纳米材料是一个技术难点。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：本专利技术通过不同分子量的聚合物和金属盐配置成均一溶胶前驱液，高压静电纺丝获得纳米纤维，结合梯度热处理(梯度升温速率和梯度温度)过程，获得高质量的收缩的可调内结构的无机纳米材料，巧妙利用两个阶段不同的升温速率控制复合纤维的分解过程，准确且方便的控制形成嵌套结构、并且双层均向内的形貌。所述纤维的制备方法，其特征在于：1)分别称取0.3~1.5g的高分子量的聚丙烯酰胺、0.78~1g的中分子量的聚丙烯酰胺、0.4~0.8g的低分子量的聚丙烯酰胺，及2~3mmol的金属盐和4~7mmol的沉淀剂同时加入到28~39mL去离子水，将其放到70~88℃的恒温水浴锅中磁力搅拌6h使其全部溶解，形成透明的溶液；金属盐选自Mg、Al、Zn、Zr和Fe的硝酸盐、硫酸盐、乙酸盐、氯化物和草酸盐中的一种或多种；所述沉淀剂中选自磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、氨水、氟化铵、碳酸铵、碳酸氢铵和草酸中的一种或多种；2)将步骤1)前躯体溶液加入到注射剂中，在正高压17~20kV，负高压-1.1~1.9kV的条件下进行静电纺丝，用铝箔接收纳米纤维，针头与接收板的距离调整为13~18cm，纺丝液推进速度1~1.5mL/h；3)对步骤2)获得的纳米纤维放置于120℃烘箱中干燥5h；4)将步骤3)中静电纺丝获得的复合物纳米纤维，在惰性气体气氛下先以20℃min-1快的升温速率到380℃，保温1.5h，再以2℃min-1慢的升温速率到550℃并保温4h，即可得到由微小的纳米颗粒组成的嵌套纳米纤维；得到的纳米纤维长为5～15μm，由内外两个层嵌套而成，层与层之间为空心结构，外层直径为200～400nm，内层的直径为80～120nm，内外层间距为40～70nm，层壁厚度20～30nm。具有大于等于130m2/g的比表面积。惰性气体优选为氮气。金属盐优选选自Mg、Fe的硝酸盐、硫酸盐、和草酸盐中的一种或多种；所述沉淀剂中选自磷酸、磷酸铵、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵。高分子量的聚丙烯酰胺分子量为300—2200万、中分子量的聚丙烯酰胺分子量为100-200万、低分子量的聚丙烯酰胺的分子量为小于100万。由于高、中、低分子量聚丙稀铣胺具有不同的粘度和表面张力，在高压静电的作用下，三者在纳米线径向方向上呈层状分布，形成三同轴结构(即高分子量在最外层、低分子量在中心、中分子量在两者之间)。然而无机盐在纳米纤维中均匀分布。首先，电纺纳米纤维以20℃min-1快的升温速率到380℃，无机盐的结晶速率Vc低于聚合物热解速率Vp，这将导致移动方向由内层向外层，形成中空。然后，在380℃保温1.5h，因毛细管力和聚合物管软的本质将导致外层聚合物层收缩。最后以2℃min-1的升温速率加热到550℃，保温4h。因为在低的升温速率下Vp大于Vc，移动方向由中间向两边，形成双壳。最后，在高温下，无机物进一步结晶，形成收缩的纳米结构。本专利技术中纳米纤维及其制备方法，相比于现有技术，具有如下的有益效果：（1）本专利技术制备出了具有双层嵌套结构的复合金属氧化物纳米纤维，内外壁均向内收缩，可以整体提高纳米纤维的振实密度，径分布在较窄的区域，具有较好的结构一致性和一定的磁性；（2）本专利技术通过不同分子量的聚合物和金属盐配置成均一溶胶前驱液，高压静电纺丝获得纳米纤维，结合梯度热处理(梯度升温速率和梯度温度)过程，获得高质量的收缩的可调内结构的无机纳米材料，巧妙利用两个阶段不同的升温速率控制复合纤维的分解过程，准确且方便的控制形成嵌套结构的形貌。附图说明图1为本专利技术纳米纤维扫描电镜照片具体实施方式实施例11)分别称取1.1g的高分子量的聚丙烯酰胺、0.8g的中分子量的聚丙烯酰胺、0.8g的低分子量的聚丙烯酰胺，及2.3mmol的金属盐和4.7mmol的沉淀剂同时加入到2.9mL去离子水，将其放到70~88℃的恒温水浴锅中磁力搅拌6h使其全部溶解，形成透明的溶液；金属盐选自硝酸铁；所述沉淀剂中选自磷酸；2)将步骤1)前躯体溶液加入到注射剂中，在正高压18kV，负高压-1.8kV的条件下进行静电纺丝，用铝箔接收纳米纤维，针头与接收板的距离调整为18cm，纺丝液推进速度1.4mL/h；3)对步骤2)获得的纳米纤维放置于120℃烘箱中干燥5h；4)将步骤3)中静电纺丝获得的复合物纳米纤维，在惰性气体气氛下先以20℃min-1快的升温速率到380℃，保温1.5h，再以2℃min-1慢的升温速率到550℃并保温4h，即可得到由微小的纳米颗粒组成的嵌套纳米纤维；得到的纳米纤维长为13μm，由内外两个层嵌套而成，层与层之间为空心结构，外层直径为300nm，内层的直径为100nm，内外层间距为55nm，层壁厚度21nm。实施例21)分别称取1g的高分子量的聚丙烯酰胺、1g的中分子量的聚丙烯酰胺、0.8g的低分子量的聚丙烯酰胺，及2mmol的金属盐和5mmol的沉淀剂同时加入到30mL去离子水，将其放到70℃的恒温水浴锅中磁力搅拌6h使其全部溶解，形成透明的溶液；金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合金属氧化物纳米纤维，其特征在于：纤维具有内外两层通过不同分子量的聚合物和金属盐配置成均一溶胶前驱液，高压静电纺丝获得纳米纤维，结合梯度热处理(梯度升温速率和梯度温度)过程，获得高质量的收缩的可调内结构的无机纳米材料。

【技术特征摘要】
1.一种复合金属氧化物纳米纤维，其特征在于：纤维具有内外两层通过不同分子量的聚合物和金属盐配置成均一溶胶前驱液，高压静电纺丝获得纳米纤维，结合梯度热处理(梯度升温速率和梯度温度)过程，获得高质量的收缩的可调内结构的无机纳米材料。2.如权利要求1所述的复合金属氧化物纳米纤维，其特征在于：巧妙利用两个阶段不同的升温速率控制复合纤维的分解过程，准确且方便的控制形成嵌套结构、并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：耿云花，
类型：发明
国别省市：山东,37