靜電紡絲制備幾種聚合物-無機(jī)復(fù)合納米纖維與性能研究.pdf

1、高壓靜電紡絲技術(shù)是目前制備連續(xù)長一維納米材料最簡單、最有效的手段而引起研究人員的關(guān)注。靜電紡絲是目前制備直徑在幾納米連續(xù)纖維的唯一的方法。此技術(shù)可應(yīng)用于合成高聚物，天然高聚物，聚合物合金，同時在聚合物中可負(fù)載發(fā)色基團(tuán)，納米粒子、活性試劑、以及金屬或陶瓷。本世紀(jì)初，科學(xué)家就開始利用這種手段制備無機(jī)、有機(jī)、有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米纖維材料。有機(jī)/無機(jī)復(fù)合納米纖維由于其優(yōu)異的性能已被廣泛地應(yīng)用于光電子器件、生物醫(yī)藥、化學(xué)(生物)防護(hù)、催化敏化、高性

2、能選擇過濾、氣體傳感器等方面。無機(jī)納米粒子(如磁性納米粒子，量子點(diǎn)等)的超順磁特性及光致發(fā)光特性等都與其尺度效應(yīng)有關(guān)，如何將這些性能優(yōu)異的無機(jī)納米粒子與適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)聚合物復(fù)合，制備出性能卓越的一維納米復(fù)合材料是一個非常有意義的富有挑戰(zhàn)性課題。將無機(jī)功能納米粒子與高分子進(jìn)行復(fù)合，一方面為納米粒子提供了穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境，使其能較均勻地分散而不再發(fā)生團(tuán)聚，充分發(fā)揮其尺寸效應(yīng)，另一方面使高分子功能化，把無機(jī)納米粒子的功能性與高分子優(yōu)良的機(jī)械加工性能

3、有機(jī)地結(jié)合在一起，制備出功能化的聚合物/無機(jī)復(fù)合納米纖維。
　　 為此，本文選擇了具有良好光致發(fā)光特性的聚對苯乙炔(PPV)、透明性及力學(xué)性能良好的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及具有良好生物相容性的聚乙烯醇(PVA)和明膠(GE)為聚合物基質(zhì)材料，以具有良好生物相容性的超順磁性的四氧化三鐵(Fe3O4)納米粒子、具有良好熒光特性的硫化鋅量子點(diǎn)(ZnS QDs)、碲化鎘量子點(diǎn)(CdTe QDs)及二氧化硅(SiO2)納米微球?yàn)闊o機(jī)

4、功能材料，利用高壓靜電紡絲技術(shù)，結(jié)合原位法及濕法混合等方法制備了多種聚合物/無機(jī)復(fù)合納米功能纖維材料，并對這些復(fù)合纖維的特性進(jìn)行了研究。
　　 (1)采用Wessling法合成出PPV電子聚合物，研究PPV前驅(qū)體噴絲溶液的配制和濃度對納米纖維形貌的影響，研究紡絲電壓、接收距離等條件和工藝參數(shù)對所得納米纖維直徑的分布及成絲質(zhì)量的影響，優(yōu)化制備非復(fù)合PPV類電子聚合物納米級電紡纖維的工藝條件。研究PVA、PMMA和GE的最佳紡絲條件

5、，研究噴絲溶液的配制和各種成分比例對噴絲溶液的黏度和表面張力的影響，研究紡絲電壓、接收距離和紡絲溫度等條件對所得紡絲直徑分布和成絲質(zhì)量的影響。
　　 (2)選取合適的方法合成多種無機(jī)物納米粒子。在4 wt.％ PVA溶液中，采用共沉淀法合成出具有超順磁性的Fe3O4納米粒子，PVA同時做為穩(wěn)定劑和聚合物基質(zhì)材料；采用水相法合成具有熒光特性的ZnS QDs，采用溶劑熱法合成了一系列不同發(fā)射波長的CdTe QDs；采用改進(jìn)的Stob

6、er法合成了SiO2納米微球等不同功能的單分散的無機(jī)物納米粒子。并選取不同性能的聚合物如PVA、GE、PPV和PMMA等聚合物與所合成的無機(jī)物納米粒子復(fù)合，采用靜電紡絲技術(shù)制備出具有PVA/Fe3O4、GE/Fe3O4、PMMA/CdTeQDs、I'PV/ZnS QDs和PVA/SiO2等不同功能的復(fù)合納米纖維。
　　 (3)利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)等研究復(fù)合、非復(fù)合一維納米

7、纖維表面和內(nèi)部形態(tài)。結(jié)果表明，所得復(fù)合納米纖維具有光滑連續(xù)的表面形貌，無機(jī)納米粒子均勻地分散在纖維內(nèi)部。利用X-射線衍射(XRD)、熒光光譜儀(PL)、紫外可見光譜儀(UV-Vis)、紅外光譜儀(FT-IR)、磁學(xué)測量系統(tǒng)及熱失重分析儀(TGA)等研究無機(jī)納米粒子及復(fù)合納米纖維材料微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，分析不同復(fù)合材料的成分和比例對納米纖維性能的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4納米粒子為反尖晶石結(jié)構(gòu)，磁性復(fù)合納米纖維具有較高的飽和磁強(qiáng)度，