一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜及其制备方法，膜的制备原料包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂，制备步骤为首先，配制包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂的前驱体溶液；随后采用静电纺丝技术将前驱体溶液制备成前驱体纤维，静电纺丝时在注射器外包裹加热包；最后将前驱体纤维膜在空气气氛中煅烧，得到柔性锰酸钇纳米纤维膜。本发明专利技术提供的方法有效解决了当前锰酸钇纳米纤维膜普遍存在的脆性大、易断裂的问题，并且显著提升了陶瓷纤维材料的红外遮蔽性能，使得最终制备的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜具有固体热导率低、红外反射率高和结构稳定性高等优点，具有良好的实用价值和广泛的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜及其制备方法


[0001]本专利技术属新材料
，涉及一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷纤维材料具有耐高温性好、抗氧化能力强、耐机械振动性能好、优良的热稳定性和化学稳定性等优点，在航空航天、国防军工、武器装备、化工冶金、核能发电等热防护领域具有广泛的应用。现有的陶瓷纤维普遍在微米数量级，将其直径进一步细化至纳米数量级时，可显著减小纤维间的孔隙尺寸，增大对气体分子运动的限制作用，进而有效降低气体热导率。然而，当前陶瓷纤维隔热材料的红外反射率普遍较低，致使其在高温条件下隔绝辐射传热的能力不足，限制了其高温隔热防护性能的进一步提升。
[0003]锰酸钇是一种集铁电性与反铁磁性于一体的单相多铁性材料，其具有优异的红外反射性能、低导热性、耐高温性能和高可见光透过率，将该材料加工成纳米纤维状，有望制备出兼具低固体热导率与高红外屏蔽性能的高效陶瓷纤维隔热材料。陶瓷纳米纤维材料的制备方法主要有水热法、溶胶凝胶法、甩丝法、固液气相法和静电纺丝法等，其中静电纺丝法以其制造装置简单、可纺原料范围广、纤维结构可调性好等优点，已成为当前制备无机纳米纤维材料的主要技术之一。
[0004]目前，国内外利用静电纺丝技术制备锰酸钇纳米纤维的报道较少，Materials Letters 64 (2010) 419
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421中报道了以四水合硝酸锰、六水合硝酸钇为金属源，聚乙烯吡咯烷酮为高分子聚合物模板，利用静电纺丝技术和煅烧工艺获得了锰酸钇纳米纤维；中国专利CN102079543B公开了六方锰酸钇纳米纤维的制备方法，该专利利用同样的方法在前驱体溶液中加入了高分子模板，经过静电纺丝和煅烧后获得了锰酸钇纳米纤维；Chinese Journal of Materials Research 25 (2011) 399
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402中报道了以四水合乙酸锰、六水合硝酸钇为金属源，聚乙烯吡咯烷酮为高分子聚合物模板，利用静电纺丝和煅烧方法获得了锰酸钇单晶纳米纤维。上述文献和专利虽然可利用静电纺丝技术将锰酸钇材料加工成纤维状，然而文中所述锰酸钇纳米纤维由颗粒组成，且当前所报道的制备方法中均加入了高分子聚合物，使得前驱体纤维中无机组分含量偏低，并导致煅烧后锰酸钇纤维产率偏低、纤维连续性较差且单纤维缺陷较多，难以获得柔性锰酸钇纤维。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜及其制备方法，解决了现有陶瓷纤维红外遮蔽性能不足的问题，以及当前锰酸钇纳米纤维制备过程中均需加入聚合物、纤维连续性差、单纤维缺陷多且纤维膜易脆断的问题。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案如下：一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜，其制备原料包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂。
[0007]如上所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，步骤如下：（1）配制可纺前驱体溶液，前驱体溶液包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂；（2）采用静电纺丝法将前驱体溶液制备成前驱体纤维，静电纺丝时在注射器外包裹加热包，加热包的温度为50~90℃；（3）将前驱体纤维在空气气氛中煅烧，得到柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜。
[0008]作为优选的技术方案：如上所述的一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，步骤（1）中所述前驱体溶液配制的具体操作为：将锰源、钇源和热稳定剂依次加入到溶剂中搅拌10~60min，然后加入多聚磷酸，在50~110℃下加热搅拌30~120min，得到前驱体溶液。
[0009]如上所述的一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，步骤（1）中所述前驱体溶液中锰源与钇源的摩尔比为1:1；锰源与热稳定剂摩尔比为1:0.01~0.1；锰源与多聚磷酸的摩尔比为1:0.01~0.3；锰源、钇源的质量总和与溶剂的比例为10g:10~80mL。
[0010]如上所述的一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，所述锰源为四水合乙酸锰、乙酰丙酮锰、四水合硝酸锰、四水合氯化锰、一水合硫酸锰中的一种；所述钇源为六水合硝酸钇、六水合氯化钇、八水合硫酸钇中的一种；所述热稳定剂为醋酸锆、钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、异丙醇铝、四氯化锡中的一种；所述溶剂根据锰源和钇源分别对应为：四水合乙酸锰与六水合硝酸钇：水、N,N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；乙酰丙酮锰与六水合硝酸钇：N,N
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二甲基甲酰胺；四水合硝酸锰与六水合硝酸钇：水、N,N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；四水合氯化锰与六水合硝酸钇：水或N,N
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二甲基甲酰胺；一水合硫酸锰与六水合硝酸钇：水或N,N
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二甲基甲酰胺；四水合乙酸锰与六水合氯化钇：水、乙醇、甲醇、乙二醇或N,N
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二甲基甲酰胺；乙酰丙酮锰与六水合氯化钇：氯仿、乙酸乙酯或N,N
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二甲基甲酰胺；四水合硝酸锰与六水合氯化钇：水、乙醇、甲醇或N,N
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二甲基甲酰胺；四水合氯化锰与六水合氯化钇：水、乙醇、甲醇或N,N
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二甲基甲酰胺；一水合硫酸锰与六水合氯化钇：水、N,N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；四水合乙酸锰与硫酸钇八水合物：水或N,N
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二甲基甲酰胺；乙酰丙酮锰与硫酸钇八水合物：N,N
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二甲基甲酰胺；四水合硝酸锰与硫酸钇八水合物：水、乙醇或N,N
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二甲基甲酰胺；四水合氯化锰与硫酸钇八水合物：水、乙醇、丙酮或N,N
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二甲基甲酰胺；一水合硫酸锰与硫酸钇八水合物：水、甲醇、乙醇或N,N
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二甲基甲酰胺。
[0011]如上所述的一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，步骤（2）中所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝环境温度10~40℃，相对湿度10~70%，灌注速度0.5~10mL/h，电压10~65kV，接收装置与喷丝头之间的距离为5~30cm，所述接收装置为金属滚筒、金属圆盘或收集板。
[0012]如上所述的一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，步骤（3）中所述煅烧的工艺参数为：从室温逐步升至500~900℃，升温速度为1~15℃/min，且在最高煅烧
温度下保持10~480min。
[0013]如上所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜，柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜中纤维的平均直径为20~500nm，且相对标准偏差为0.5~8%，纤维内部晶粒尺寸为2~60nm，纤维膜的柔软度为0~100mN，纤维膜在近红外波段内平均红外反射率为≥93%，在100~1200℃范围内的导热系数为0.028~0.115W/(m
·
K)。纤维的直径范围代表纤维的粗细，纤维直径较小，单纤维的柔软度较好，纤维膜的柔性提高；相对标准偏差可用来表征纤维直径的分布均匀性，相对偏差值越小，纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜，其特征在于，制备原料包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂。2.权利要求1所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）配制前驱体溶液，前驱体溶液包括锰源、钇源、热稳定剂、多聚磷酸和溶剂；（2）采用静电纺丝法将前驱体溶液制备成前驱体纤维，静电纺丝时在注射器外包裹加热包，加热包的温度为50~90℃；（3）将前驱体纤维在空气气氛中煅烧，得到柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜。3.根据权利要求2所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述前驱体溶液配制的具体操作为：将锰源、钇源和热稳定剂依次加入到溶剂中搅拌10~60min，然后加入多聚磷酸，在50~110℃下加热搅拌30~120min，得到前驱体溶液。4.根据权利要求2所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述前驱体溶液中锰源与钇源的摩尔比为1:1；锰源与热稳定剂摩尔比为1:0.01~0.1；锰源与多聚磷酸的摩尔比为1:0.01~0.3；锰源、钇源的质量总和与溶剂的比例为10g:10~80mL。5.根据权利要求4所述的柔性高红外反射率锰酸钇纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述锰源为四水合乙酸锰、乙酰丙酮锰、四水合硝酸锰、四水合氯化锰、一水合硫酸锰中的一种；所述钇源为六水合硝酸钇、六水合氯化钇、八水合硫酸钇中的一种；所述热稳定剂为醋酸锆、钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、异丙醇铝、四氯化锡中的一种；所述溶剂根据锰源和钇源分别对应为：四水合乙酸锰与六水合硝酸钇：水、N,N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；乙酰丙酮锰与六水合硝酸钇：N,N
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二甲基甲酰胺；四水合硝酸锰与六水合硝酸钇：水、N,N
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二甲基甲酰胺或二甲基亚砜；四水合氯化锰与六水合硝酸钇：水或N,N
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二甲基甲酰胺；一水合硫酸锰与六水合硝酸钇：水或N,N
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二甲基甲酰胺；四水合乙酸锰与六水合氯化钇：水、乙醇、甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：单浩如，傅秋霞，刘其霞，张伟，季涛，高强，张瑜，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：