本发明专利技术涉及一种制备氧化硅@硅酸锌@氧化硅三层同轴纳米电缆的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括三个步骤：(1)配制纺丝液。将PVP和正硅酸乙酯TEOS加入到无水乙醇和氯仿的混合溶剂中，形成芯层和壳层纺丝液；将PVP和六水硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O加入到N，N-二甲基甲酰胺和甘油C3H8O3的混合溶剂中，形成中间层纺丝液。(2)制备[TEOS+PVP]@[Zn(NO3)2+PVP+C3H8O3]@[TEOS+PVP]前驱体复合同轴电缆。采用同轴静电纺丝技术，使用三层同轴喷丝头，电压为12kV，固化距离为15cm，室温15℃-18℃，相对湿度为45％-50％。(3)制备SiO2@Zn2SiO4@SiO2三层同轴纳米电缆。将前驱体复合同轴电缆进行热处理，升温速率为1℃/min，在900℃保温8h，然后以1℃/min的速度降至200℃后自然冷却至室温，得到SiO2(芯层)@Zn2SiO4(中间层)@SiO2(壳层)三层同轴纳米电缆，直径为600nm-700nm，长度＞100μm。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体说涉及。
技术介绍
纳米线、纳米带、纳米管和纳米电缆等一维纳米材料的制备及性质研究是目前材料科学研究领域的前沿热点之一。尤其是纳米电缆，因其独特的电学、磁学、力学等性能，在未来纳米电子器件、电子传输、发光器件等方面占有重要地位，引起了科学界的高度关注。 同轴纳米电缆是具有芯壳结构的纳米材料，芯层为导体或半导体的纳米线，壳层为异质的导体或绝缘体壳，芯层和壳层是共轴的。根据纳米电缆芯层和壳层材质不同，可分为以下几类半导体-绝缘体、半导体-半导体、绝缘体-绝缘体、高分子-金属、高分子-半导体、 高分子-高分子、金属-金属、半导体-金属等。同轴纳米电缆的研究起步于90年代中期， 2000年以后发展比较迅猛，到目前为止，在原有制备准一维纳米材料的基础上已经开发出许多制备同轴纳米电缆的方法，如激光烧蚀法、水热法、溶胶-凝胶法、基于纳米线法、化学气相沉积法、热碳还原法等。采用不同的合成方法，不同种类的物质已成功制备出了上百种同轴纳米电缆，如Si/Si02、SiC/Si02、La(OH) 3/Ni (OH)2, Ag/Si02、Si3N4/Si02、Te/PVA、 InN/In203 以及三层结构的 Fe/C/BN、Si/Si02/C, α -Si3N4/Si/Si02、Si/Si02/BN、Ga/Ga203/ ZnO等。继续探索新的合成技术，不断发展和完善同轴纳米电缆的制备科学，获得高质量的同轴纳米电缆，仍是目前同轴纳米电缆研究的主要方向。硅酸锌Sl2SiO4是一种良好的掺杂发光的基质材料，发光效率高，在发光器件方面有广泛应用，由于具有良好的热稳定性、化学稳定性和绝缘性，还可作为防腐涂料和电介质材料应用于其它工业领域。氧化硅S^2是一种常见的耐高温的功能材料，易于形成电缆结构而得到重视。用SiO2对Si2SiO4进行包覆有望产生新的性质和应用。目前未见通过SiA 和Zn2SiO4构建SiO2OZn2SiO4OSiA三层同轴纳米电缆的报道，@表示芯壳结构，即电缆结构， 此电缆为三层电缆结构，芯层@中间层@壳层，芯层为SiO2，中间层为Si2SiO4,壳层为SiO2, 此纳米电缆具有特殊的结构，以期获得更广泛的应用。专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospirming) 的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由 i^ormhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年来，在无机纤维制备
出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维的技术方案，所述的氧化物包括 Ti02、Zr02 J2O3 J2O3: RE3+(RE3+ = Eu3+、Tb3+、Er3+、Yb3+/Er3+)、 NiO、Co3O4、Mn2O3、Mn3O4、CuO、SiO2、Al2O3、V2O5、ZnO> Nb2O5、MoO3、CeO2、LaMO3 (Μ = Fe、Cr、Mn、 Co、Ni、Al)、Y3A15012、La2Zr2O7等金属氧化物和金属复合氧化物。将静电纺丝技术进行改进，采用同轴喷丝头，将纺丝溶液分别注入到内管和外管中，当加高直流电压时，内外管中的溶液同时被电场力拉出来，固化后形成同轴纳米电缆，也即得到双层同轴纳米电缆，该技术即是同轴静电纺丝技术。王策等用该技术制备了二氧化硅@聚合物同轴纳米纤维(高等学校化学学报，2005，沈(5) :985-987)，@表示芯壳结构，0前面的物质为芯层，@后面的物质为壳层，即为芯层@壳层结构，也即为双层电缆结构；董相廷等利用该技术制备了 TiO2O SiO2亚微米同轴电缆(化学学报，2007，65 03) :2675-2679), ZnOiSiO2同轴纳米电缆(无机化学学报，2010，沈(1)，四-34)和Al203/Si02同轴超微电缆(硅酸盐学报，2009，37 (10) 1712-1717) ；Han, et al 采用该技术制备了 PU(Core/PC(aiell)复合纳米纤维(Polymer Composites, 2006，10 :381-386)。目前，未见利用同轴静电纺丝技术制备SiO2OZn2SiO4OSiA 三层同轴纳米电缆的相关报道。利用静电纺丝技术制备纳米材料时，原料的种类、高分子模板剂的分子量、纺丝液的组成、纺丝过程参数、热处理工艺和喷丝头的结构对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本专利技术采用同轴静电纺丝技术，喷丝头采用三根不同规格的不锈钢细管套在一起组成的三层同轴喷丝头，以正硅酸乙酯TE0S、聚乙烯吡咯烷酮PVP、无水乙醇CH3CH2OH和氯仿CHCl3的混合液为芯层和壳层纺丝液，以六水硝酸锌Si(NO3)2 · 6H20、N, N-二甲基甲酰胺DMF和甘油C3H8O3W混合液为中间层纺丝液，控制芯层、中间层和壳层纺丝液的粘度以及各层纺丝液间的非互溶性至关重要，在最佳的工艺条件下，获得@ i前驱体复合同轴电缆，即芯层@中间层@壳层结构复合电缆，再经过高温热处理后，得到结构新颖的SiO2OZn2SiO4OSiA三层同轴纳米电缆。
技术实现思路
在
技术介绍
中的制备i^e/C/BN、Si/Si02/C, α -Si3N4/Si/Si02、Si/Si02/BN、Ga/ Ga203/Zn0三层同轴纳米电缆，采用的是碳热还原和气_固生长法、激光烧蚀法和热蒸发法等。
技术介绍
中的使用同轴静电纺丝技术制备的是无机物@无机物、无机物@高分子及高分子@高分子纳米电缆等双层同轴纳米电缆，所使用的原料、模板剂、溶剂、喷丝头的结构和最终的目标产物与本专利技术的方法不同。本专利技术使用同轴静电纺丝技术、采用三层同轴喷丝头制备了结构新颖的SiO2OZn2SiO4IgSiO2三层同轴纳米电缆，以非晶态SW2为芯层和壳层， 晶态Si2SiO4为中间层，芯层SiR直径为340nm-400nm，中间层Si2SiO4厚度为65nm_75nm， 壳层SiR厚度为65nm-75nm，电缆直径为600nm-700nm，电缆长度> 100 μ m。本专利技术是这样实现的，首先制备出用于同轴静电纺丝技术的具有一定粘度的芯层、中间层和壳层纺丝液，控制芯层、中间层和壳层纺丝液的粘度以及各层纺丝液间的非互溶性至关重要。采用三层同轴喷丝头、应用同轴静电纺丝技术进行静电纺丝，在最佳的工艺条件下，获得@ @前驱体复合同轴电缆，即芯层 @中间层@壳层结构复合同轴电缆，经过高温热处理，PVP和C3H8O3氧化分解后挥发，芯层中的TEOS分解氧化生成SiO2，构成了所生成的纳米电缆的芯层，中间层中的Si(NO3)2和壳层中与中间层接近的部分TEOS在高温下发生氧化反应生成了 Zn2SiO4,构成了所生成的纳米电缆的中间层，壳层中其余的TEOS分解氧化生成了 SiO2，构成了纳米电缆的壳层，这和以前报道的采用同轴静电纺丝技术制备双层同轴纳米电缆不同，最终得到结构新颖的SiO力 Si2SiO4OSiO2三层同轴纳米电缆。其步骤为(1本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种制备氧化硅＠硅酸锌＠氧化硅三层同轴纳米电缆的方法，其特征在于，使用同轴静电纺丝技术，喷丝头采用三根不同规格的不锈钢细管套在一起组成的三层同轴喷丝头，制备产物为ＳｉＯ２＠Ｚｎ２ＳｉＯ４＠ＳｉＯ２三层同轴纳米电缆，即芯层＠中间层＠壳层结构，芯层为ＳｉＯ２，中间层为Ｚｎ２ＳｉＯ４，壳层为ＳｉＯ２，其步骤为：（１）配制纺丝液纺丝液中高分子模板剂采用聚乙烯吡咯烷酮ＰＶＰ，硅源使用正硅酸乙酯ＴＥＯＳ，锌源使用六水硝酸锌Ｚｎ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ，溶剂采用无水乙醇ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺ＤＭＦ、氯仿ＣＨＣｌ３和甘油Ｃ３Ｈ８Ｏ３，将ＴＥＯＳ和ＰＶＰ加入到体积比为７∶１的ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ与ＣＨＣｌ３的混合溶剂中，室温下磁力搅拌４ｈ，并静置２ｈ，即形成芯层和壳层纺丝液，芯层和壳层纺丝液中各物质的质量百分数为：ＴＥＯＳ为１９％，ＰＶＰ为１５％，溶剂为６６％，将Ｚｎ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ和ＰＶＰ加入到体积比为６∶１的ＤＭＦ和Ｃ３Ｈ８Ｏ３的混合溶剂中，室温下磁力搅拌４ｈ，并静置２ｈ，即形成中间层纺丝液，中间层纺丝液中各物质的质量百分数为：Ｚｎ（ＮＯ３）２·６Ｈ２Ｏ为１０％，ＰＶＰ为１７％，溶剂为７３％；（２）制备［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］＠［Ｚｎ（ＮＯ３）２＋ＰＶＰ＋Ｃ３Ｈ８Ｏ３］＠［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］前驱体复合同轴电缆喷丝头采用三根不同规格的不锈钢细管套在一起组成的三层同轴喷丝头，三根不锈钢细管内径分别为０．９ｍｍ、１．６ｍｍ和２．０ｍｍ，将三个细管套好后固定，芯层喷嘴比中间层喷嘴、中间层喷嘴比壳层喷嘴短约０．５ｍｍ，将配制好的芯层纺丝液加入到内管中，中间层纺丝液加入到中间管中，壳层纺丝液加入到外管中，调节芯层、中间层和壳层喷嘴处于同轴，且间隙足以保证中间层纺丝液和壳层纺丝液能顺利流出。采用同轴静电纺丝技术，使用竖喷方式，喷头与水平面垂直，施加电压为１２ｋＶ，喷头到接收屏铁丝网的固化距离为１５ｃｍ，室内温度１５℃－１８℃，相对湿度为４５％－５０％，随着溶剂的挥发，在作为负极的铁丝网上就可以收集到［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］＠［Ｚｎ（ＮＯ３）２＋ＰＶＰ＋Ｃ３Ｈ８Ｏ３］＠［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］前驱体复合同轴电缆；（３）制备ＳｉＯ２＠Ｚｎ２ＳｉＯ４＠ＳｉＯ２三层同轴纳米电缆对所获得的［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］＠［Ｚｎ（ＮＯ３）２＋ＰＶＰ＋Ｃ３Ｈ８Ｏ３］＠［ＴＥＯＳ＋ＰＶＰ］前驱体复合同轴电缆进行热处理，升温速率为１℃／ｍｉｎ，在９００℃保温８ｈ，然后以１℃／ｍｉｎ的速度降至２００℃后自然冷却至室温，至此得到ＳｉＯ２＠Ｚｎ２ＳｉＯ４＠ＳｉＯ２三层同轴纳米电缆。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：董相廷，徐淑芝，盖广清，王进贤，刘桂霞，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。