论文部分内容阅读
近年来随着纳米技术的进展,人们对于纳米纤维的关注亦日益增多。静电纺丝是一种简单高效地制备连续纳米纤维的方法。而氧化钨(WO3)及其非化学计量组成(WO3-x)因其显著的电致变色、光致变色以及气致变色的性能使其在光电变色显示窗、光调制器件、具有读写擦功能的光学器件、平板显示器、温度湿度传感器和气体传感器等方面有着广泛的应用。本研究主要致力于利用电纺技术制备新型氧化钨纳米材料,建立其制备工艺与材料结构的关系,为氧化钨纳米器件的制备提供一些基础。首先,本论文以六氯化钨为原料,采用溶液静电纺丝技术制备了氧化钨连续纳米纤维。接着以电纺六氯化钨/聚丙烯腈(WCl6/PAN)复合纤维为前趋体,选择适当的焙烧工艺制备出“海胆型”氧化钨纳米材料。这种“海胆型”氧化钨纳米材料具有复杂的二次结构。最后对碳化钨纳米纤维的制备工艺进行了初步探索实验。本研究分别采用扫描电子显微镜(SEM)、场发射扫描电镜能谱(EDX)、X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外谱(FTIR)、拉曼光谱以及光致发光(PL)对所制样品的形貌、成分、结构及发光性能进行了较为系统地分析和表征。本论文取得的主要研究成果如下:(1)采用静电纺丝技术制备了WCl6/PAN复合纤维,并较为系统地研究了静电纺丝工艺参数对WCl6/PAN纤维形貌的影响,着重考察了聚合物(PAN)浓度和电纺电压二个参数。研究发现,随着PAN浓度的增大,WCl6/PAN初级复合纤维的直径会增大,焙烧后所得的氧化钨(WO3)纳米纤维直径也呈现类似变化规律。在本实验条件下,WCl6/PAN纤维的直径随着电纺电压的增大而减小。(2)在制备了WCl6/PAN初级复合纤维之后,进一步进行聚合物脱除,并考察了焙烧工艺对氧化钨纳米纤维成品的形貌和成份的影响规律。研究表明,当加热温度和速率恒定时,随着保温时间的增加,WCl6被氧化得越充分。SEM结果表明,氧化钨纳米纤维产品的平均直径变化范围为100~400nm。Raman和XRD结果表明氧化钨的晶体结构为正交晶系。(3)以电纺WCl6/PAN初级复合纤维为前趋体,在NH3以及O2/NH3的混合气氛下焙烧,利用WCl6的低沸点特性,则可在纤维表面沉积生长出氧化钨纳米线的二次结构(nanowires-on-fiber)。这些纳米线的直径在55~135nm范围变化,长度可在3.5~6.0μm范围内变化。这种材料的形貌取决于焙烧温度和保温时间:在特定的条件下,加热温度越高并且保温时间越长,纳米线沉积的越长越密集,二次生长则会越充分。(4)用WCl6的乙醇溶液浸渍过的电纺活性碳纤维作为前趋体,在10%H2/90%N2混合气氛下进行热处理,首次制得了碳化钨(WC)连续纳米纤维,其平均直径变化范围为100~200nm。