基于静电纺丝技术的功能性纤维材料的制备及性质研究

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本文在前人的研究基础上探究了适宜的纺丝溶液体系,并确定了最佳的纺丝溶液配比,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/乙醇体系成功制备了荧光特性良好的半导体/高聚物复合纳米纤维。此外,我们还采用PVP/N,N二甲基甲酰胺(DMF)体系成功制备了具有不同一维形貌的部分氧化物纳米纤维及其复合纤维,并详细探究了带状、中空纤维等不同一维结构的形成机理,以及其与贵金属或其他功能材料复合后的催化、气敏等相关性质。本文的主要研究内容如下:1.以PVP/乙醇体系电纺制备量子点/PVP复合纳米纤维及其荧光特性研究。以分子量为130万的PVP为高聚物,乙醇为溶剂,配制PVP质量分数为8%的纺丝液,通过向其中加入不同浓度、不同配体的CdSe和CdTe量子点,成功制备了量子点/PVP复合纳米纤维。在此基础上,通过比较混合纺丝液的吸收光谱以及复合纤维的明暗场荧光照片,探究了浓度和配体对量子点嵌入纤维后的荧光特性的影响。2.CeO2纳米带和纳米管及其与贵金属Au复合材料的制备。以PVP/DMF体系电纺制备了Ce(NO3)3/PVP复合纳米纤维,首次提出并采用了分段煅烧制度成功制备了不同尺寸的CeO2纳米管,以及形貌均一、结构完整的CeO2纳米带。此外,通过采用金源直接与纺丝液混合后纺丝的方法和NaBH4还原法等不同方法制备了Au/CeO2复合纳米管,并对以上制备的样品进行了CO催化氧化的性质研究。实验证明,分段煅烧制度有利于制备中空的CeO2纳米纤维,与Au的复合能够显著提高样品的CO催化性质。3.SnO2和SnO2/CeO2一维纳米结构的制备及其气敏和催化性质。以PVP/DMF体系电纺制备了前驱体纤维,通过采用不同升温速率的煅烧过程,成功制备了包括实心、带状和管状等一系列不同形貌的纤维样品,并系统讨论了不同形貌的形成机理。在性质方面,主要研究了不同样品的乙醇气敏响应,证明材料对乙醇具有较高的气敏响应特性和较好的选择性。此外,还研究了样品对CO气体的催化氧化性质。4.单针头静电纺丝制备SiO2/SnO2复合核壳纤维。以正硅酸乙酯为硅源,SnC l2·2H2O为锡源,采用单针头纺丝并煅烧制备了SiO2为核层、SnO2为壳层的一维纳米结构,并系统研究了该特殊形貌的形成机理。通过控制锡源在纺丝液中的加入量,讨论了复合结构对乙醇的气敏性质。5.Co3O4和Co3O4/CeO2一维结构的制备及其CO催化氧化性质。采用PVP/DMF体系制备相应的前驱体纤维,在煅烧过程中采用分段煅烧的方法处理后即得到氧化物纤维。其中,所制备的Co3O4一维结构为珠链状,且随着纺丝液中硝酸钴的含量的增加,可以得到单颗粒和多颗粒的珠链结构。制备所得的Co3O4/CeO2复合一维结构包括带状和实心纤维等不同形貌。结果表明,通过调整纺丝溶液,可以制备不同形貌的Co3O4、Co3O4/CeO2一维结构,其复合材料较单一组分的催化性质有很大提高。
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