CN101139742A - 碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纳米管/纳米氧化物,或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构。将碳纳米管和纳米氧化物的前驱体分散在聚合物溶液中得到分散液,通过电纺丝得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构。纳米氧化物的前驱体通过水热处理、高温处理或微波处理等方法转化为纳米氧化物。聚合物可保留,也可通过高温处理或溶剂抽提等方法去除,得到碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维。由所述的复合材料纤维结构构成的纤维或由该纤维构成的膜可以应用在污水处理、空气净化、太阳能电池、抗菌材料等领域中。
Description
技术领域
本发明属于碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料领域,特别涉及碳纳米管/纳米氧化物,或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,以及由这种纤维构成的膜(无纺布),和纳米复合材料的纤维结构的制备方法及用途。
背景技术
碳纳米管(Carbon Nanotubes),又名纳米碳管、炭纳米管、纳米炭管、富勒管、碳奈米管、奈米碳管、炭奈米管、奈米炭管或巴基管等,是一种具有特殊结构的准一维材料。碳纳米管按构成管壁的类石墨层的层数可分单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)。碳纳米管的生产方法分为电弧法(arc discharge)、激光消融法(laser ablation)、化学气相沉积法(chemicalvapor deposition)。碳纳米管的直径可以为0.4~500nm,长0.1~10000μm,长径比很大(几百乃至上千),力学性能优异(其强度比钢高100倍,但密度只是钢的六分之一),还具有非常突出的导电性能(理论上金属型碳纳米管的电流输运密度比银和铜高1000倍)和导热性能(理论上高达6000W/mK),是复合材料理想的改性组分。含有碳纳米管的复合材料,不仅力学强度高,而且抗疲劳、抗蠕变,尺寸稳定性好;磨擦系数小,耐磨性能好;此外,它们还具有导电、耐蚀、屏蔽电磁波和X射线等优点。
纳米氧化物尤其是过渡金属和类金属的纳米氧化物的纳米粒子,由于纳米尺度效应,表面原子处于高度活化状态,而具有众多独特的性能如光化学反应活性、半导体特性等。例如,二氧化钛(titanium dioxide,titania,TiO2)由于其所具有的高折射指数、化学反应活性、光化学反应活性,被认为是解决环境问题尤其是水污染处理的最重要的催化剂之一(Chemical Reviews1993,93:341~357);同时由于其独特的半导体特性,也被认为是最有潜力的太阳能电池之一(Nature 1991,353,737~740)。又如,氧化锌和二氧化钛则具有良好的抗菌效果。
电纺丝(electrospinning),又称静电纺丝,是当今纳米制造技术的一个热点,它能生产出比常规的熔体纺丝和溶液纺丝方法小一到两个数量级的丝,得到的丝的直径可以低达1nm。溶液电纺丝的原理如下:将直流电场加到喷丝口上悬挂的聚合物液滴和收集器间,当液滴受到的使它分裂的静电排斥力克服使它保持一个整体的表面张力时,溶液射出纺丝口,形成带电喷流。开始时喷流直线喷射,随后喷流侧部的位置和速率扰动引起喷流的三维弯曲,盘旋,环绕,溶剂挥发后形成细丝,固化的聚合物细丝就被收集在作为对电极的板或缠绕轴上(Gupta,P.,PhD.Dissertation,2004,VirginiaPolytechnic Institute and State University)。电纺丝具有耗能小,溶剂可回收的优点,是一种环保高效的纳米制造技术。电纺丝可以回溯到1938年Formhals发明的静电装置,他运用该装置将醋酸乙烯酯的乙醇溶液在57KV的电压下生产醋酸乙烯酯的纤维(US 2123992)。此后专利US 3280229,US3593074,US 4223101,US 4230650,US 4287139,US 4043331,US 4044404,US 4323525,US 4069026,US 6106913研究了选自多种聚合物、蚕丝和多相混杂体系的电纺丝。Reneker等人则研究了聚氧乙烯电纺丝过程中多个参数对成丝的影响(Journal of Electrostatics 1995,35:151~160)。
一些研究者已经通过简单共混或者原位负载方法得到了碳纳米管/纳米氧化物的混杂材料的纳米粒子(Journal of Material Chemistry 2003,13:1517~9;Carbon 2005,43:670~3)。碳纳米管由于其独特的性质,能与纳米氧化物产生协同作用,从而提高纳米氧化物的性能。例如,碳纳米管能提高二氧化钛的吸附和光催化性能(Applied Catalysis A:general 2005,289:186~96;Applied Catalysis B:environmental 2005;56:305~12)。但是碳纳米管/纳米氧化物的混杂材料的大规模应用还有很大的障碍需要克服:首先这些极其微小的纳米粒子极易团聚而很难体现其优越性,因此如何良好的分散这些纳米粒子是一个很重要的问题;另外,由于固定和分离这些极其微小的纳米粒子很困难,因而很难在实际过程中应用;此外,纳米粒子由于其易吸入性和高穿透性而带来的毒性(Toxicological Sciences 2004;77:126~34;Nature Materials 2006;5:245~8)也是很大一个挑战。
发明内容
本发明的目的之一在于提供碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,以及由这种纤维构成的膜(无纺布)。纤维直径在纳米到微米级,碳纳米管在纤维中均匀分散,并沿纤维径向取向排列。同时,纳米氧化物在纤维中以其本征的粒子尺寸均匀分散,很少甚至不形成团聚体。
本发明的目的之二在于提供聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,以及由这种纤维构成的膜(无纺布)。纤维直径在纳米到微米级,碳纳米管在纤维中均匀分散,并沿纤维径向取向排列。
本发明的目的之三在于提供一种碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构的制备方法,选自由这种纤维构成的膜(无纺布)的制备方法。
本发明的目的之四在于提供一种聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构的制备方法,选自由这种纤维构成的膜(无纺布)的制备方法。
本发明的目的之五在于提供一种碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构的用途。
本发明的目的之六在于提供一种聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构的用途。
在本发明中,本发明人运用基于溶胶凝胶和电纺丝技术的办法,制备得到碳纳米管/纳米氧化物,或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,选自纤维和由这种纤维构成的膜(无纺布)。纤维直径在纳米到微米级,碳纳米管在纤维中均匀分散,并沿纤维径向取向排列。聚合物组分既可以保留,也可以通过后处理的方法去除。混杂纳米纤维的组成,直径,以及纳米氧化物的纳米粒子的尺寸可以通过变化溶胶凝胶配方、电纺丝参数和后处理条件来调节。本发明的纳米纤维或膜在污水处理、空气净化、太阳能电池、纺织、抗静电材料、电磁屏蔽材料、高效分离介质、增强材料、导电材料、导热材料、海水淡化和吸波材料等多个领域有着广泛的应用前景。
本发明的碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,其中碳纳米管占碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99;或纳米氧化物占碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99;纤维的直径范围可以宽达1~10000nm,优选纤维的直径范围为10~1000nm。碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的电导率在10-8~105S/cm。混杂纳米纤维的组成,直径,长径比,电导率,以及纳米氧化物的纳米粒子的尺寸可以通过变化溶胶凝胶配方、电纺丝参数和后处理条件来调节。纳米氧化物的纳米粒子是在制备过程中原位生长得到的,纳米氧化物的纳米粒子的直径在1~200nm。碳纳米管的直径在0.4~500nm,长度在0.1~10000μm。
本发明的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,其中碳纳米管占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为0.1~90,优选占复合材料的质量百分数为1~50;或纳米氧化物占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为0.1~90,优选占复合材料的质量百分数为1~50;或聚合物占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99,优选占复合材料的质量百分数为10~90。纤维的直径范围可以宽达1~10000nm,优选纤维的直径范围为10~1000nm。聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的电导率在10-10~104S/cm。混杂纳米纤维的组成,直径,长径比,电导率,以及纳米氧化物的纳米粒子的尺寸可以通过变化溶胶凝胶配方、电纺丝参数和后处理条件来调节。纳米氧化物的纳米粒子是在制备过程中原位生长得到的,纳米氧化物的纳米粒子的直径在1~200nm。碳纳米管的直径在0.4~500nm,长度在0.1~10000μm。
所述的复合材料的纤维结构是纤维或由该纤维构成的膜。
所述的碳纳米管可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的任意混合物。
所述的碳纳米管可以是未经纯化的,可以是用空气氧化酸化法纯化处理的,可以是用酸、氧化剂和/或它们的混合物处理的或其它合适方法进行。
所述的碳纳米管可以选自带有羧基(-COOH)、酰氯基(-COCl)、异氰酸酯基(-NCO)、酯基(-COOR)、酰胺基团(-C(O)N-)、氟(-F)、羟基(-OH)和/或烷基(C1~C20)中的一种或一种以上基团。
所述的纳米氧化物选自钛、锌、硅、锆、锗、镍、铁、银、铬的纳米氧化物中的一种或一种以上的混合物,是在本发明纤维结构的制备过程中原位生成的。
所述的聚合物是热塑性聚合物,选自聚对苯二甲酸乙二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯或其共聚物、聚萘二甲酸乙二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸环己二甲酯、聚己内酯、聚酰胺、聚烯烃、马来酸酐接枝聚烯烃、聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚丁烯琥珀酸酯、聚醋酸乙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
本发明的碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料纤维结构的制备方法,该方法选自以下步骤:
(1)以碳纳米管重量为基准,将1~100重量份碳纳米管分散在10~1000重量份溶剂中,加入1~100重量份纳米氧化物前驱体和1~500重量份聚合物,可选择性的加入0~200重量份纳米氧化物的形成助剂,形成聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的分散液。
纳米氧化物的前驱体选自钛、锌、硅、锆、锗、镍、铁、银、铬的C1~C20的脂肪酸盐、C1~C20的烃氧基化合物、氯化物、硫酸盐、亚硫酸盐、亚硝酸盐中的一种或一种以上的混合物。
纳米氧化物的形成助剂选自选自硝酸、盐酸、氢溴酸、硫酸、高氯酸、磷酸、氢氟酸、C1~C20的脂肪酸或其卤代物、C6~C20的芳香族酸或其卤代物中的一种或一种以上的混合物。
纳米氧化物形成助剂的作用是控制纳米氧化物的前驱体的水解和缩聚。
所述的溶剂根据聚合物的种类确定,选自水、C1~C10醇或其卤代物、C3~C10酮、C1~C20脂肪烃或其卤代物、C6~C20芳香烃或其卤代物、C1~C20羧酸或其卤代物、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或一种以上的混合物。
(2)将步骤(1)得到的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的分散液通过电纺丝,得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构。
纳米氧化物的形成助剂将通过电纺丝过程中的挥发,或通过电纺丝后的水热处理、微波处理、溶剂抽提处理或高温处理(250~1000℃)除去。
(3)将步骤(2)得到的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构,通过水热处理(20~250℃)或微波处理等方法将纳米氧化物的前驱体转化为纳米氧化物,得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构,或/和通过高温处理(250~1000℃)或溶剂抽提除去聚合物,得到碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构。
所述的溶剂选自水、C1~C10醇或其卤代物、C3~C10酮、C1~C20脂肪烃或其卤代物、C6~C20芳香烃或其卤代物、C1~C20羧酸或其卤代物、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或一种以上的混合物。
本发明的碳纳米管/纳米氧化物或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构的制备方法中的所述的电纺丝中,从电纺丝设备的喷丝口到收集器的电压可以为0.1~500kV,从喷丝口到收集器的距离可以为0.01~500cm,电场强度为0.01~1000KV/cm。收集器包括收集轴和收集板。由收集轴得到纤维,由收集板得到膜(无纺布)。
将步骤(1)得到的分散液加到计量泵的储液罐中(如附图1中的2),然后输送到纺丝设备的纺丝筒中(如附图1中的1),高压电源(如附图1中的6)通过纺丝筒中的电极(如附图1中的3)将高压加到分散液上,在该电极的对面有一个接地的收集器作为对电极。当在液滴受到的使它分散开的静电力超过使它团聚的表面张力时,液滴喷射出纺丝口,形成带电的喷流(见附图1中4),开始时喷流直线喷射,随后喷流侧部的位置和速率扰动引起喷流的不稳定运动(如附图1中的5),溶剂挥发后形成细丝,落在收集器上(如附图1中的7),得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构。纤维可以缠绕、取向排列。
得到的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构,通过水热处理(20~200℃)或微波处理等方法将纳米氧化物的前驱体转化为纳米氧化物,得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构,或通过高温处理(200~1000℃)或溶剂抽提除去聚合物,得到碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构。
本发明的碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构的制备方法中所述的碳纳米管的直径在0.4~500nm,长度在0.1~10000μm。
本发明的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构的制备方法中所述的碳纳米管的直径在0.4~500nm,长度在0.1~10000μm。
本发明的碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构的制备方法中所述的纳米氧化物的纳米粒子是在制备过程中原位生长得到的,直径在1~200nm。
本发明的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构的制备方法中所述的纳米氧化物的纳米粒子是在制备过程中原位生长得到的,直径在1~200nm。
本发明公开的碳纳米管/纳米氧化物,或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构,选自纤维和由这种纤维构成的膜(无纺布)。碳纳米管由于其独特的性质,能与纳米氧化物产生协同作用,从而提高纳米氧化物的性能。本发明公开的碳纳米管/纳米氧化物,或聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构,与纳米粒子相比具有便于在应用中固定,分离和环境友好的优点,在污水处理(有机污染物的光降解)、空气净化、太阳能电池、纺织、抗静电材料、电磁屏蔽材料、高效过滤介质、导电纤维、导热纤维、海水淡化和吸波材料等多个领域有着广泛的应用前景。
总之,本发明运用纳米制造技术制备纳米复合材料,有着光明的前景。
附图说明
图1.电纺丝装置示意图。
图2.本发明实施例1不同条件下得到的碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的低倍和高倍透射电镜图和电子衍射图;其中:
图2a是500℃煅烧0.5h得到的碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的低倍透射电镜图;
图2b是图2a的局部放大图,插图为图2b中碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的电子衍射花样;
图2c是500℃煅烧1h得到的碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的低倍透射电镜图;
图2d是图2c的局部放大图,插图为图2d中的碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的电子衍射花样。
图3a.本发明实施例1的碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的拉曼谱图。
图3b.本发明实施例1的碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的傅立叶变换红外光谱(FTIR)。
图4a.本发明实施例1的碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维氮气吸附和脱附等温曲线。
图4b.本发明实施例1的碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的孔径分布曲线图。
附图标记
1.纺丝筒 2.储液罐 3.电极
4.直线喷射的喷流 5.不稳定运动的喷流 6.高压电源
7.收集器
具体实施方式
本发明实施例所用设备如图1所示,但设备的构造不仅仅限于此,只要按照本发明所公开的方法,能够实现本发明的目的的设备均可。
实施例1
15重量份碳纳米管(直径10~20nm,长度1~10μm)通过超声分散在100重量份乙醇中,然后加入100重量份钛酸正丁酯,混匀后再加入150重量份纳米氧化物形成助剂醋酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有30重量份聚乙烯吡咯烷酮的100重量份乙醇溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚乙烯吡咯烷酮/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300~800℃下煅烧1h除去聚乙烯吡咯烷酮,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。对碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行透射电镜(附图2,箭头所指方向为突出的碳纳米管)、拉曼光谱(附图3a)、傅立叶变换红外光谱(附图3b)、氮气吸附和脱附表征(附图4),结果显示纤维平均直径为85nm,平均长径比大于500。二氧化钛的纳米粒子直径为5nm左右,二氧化钛主要为锐钛型,碳纳米管和二氧化钛间有C-O-Ti化学键合。碳纳米管沿纤维径向取向排列。碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维对有机污染物的紫外光降解性能使用偶氮染料甲基橙评价。取1mg碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜放在100ml橙色的甲基橙水溶液(50mg/ml)中,静置12h,充分吸附后甲基橙浓度为17mg/ml。在300nm紫外光照射1h后,甲基橙溶液完全褪色,甲基橙的浓度用紫外光谱测试为0mg/ml,甲基橙被光降解完毕。碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜在分离后,可以重复使用。
实施例2
10重量份氟化单壁碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在100重量份水中,然后加入50重量份钛酸异丙酯,混匀后再加入10重量份纳米氧化物形成助剂盐酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有30重量份聚醋酸乙烯酯的100重量份乙醇溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度3kV/cm的条件下,得到的纤维(聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在微波处理0.5h(2.45GHz),得到聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维。对聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为62nm。二氧化钛的纳米粒子直径为10nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。碳纳米管沿纤维径向取向排列。聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维对有机污染物的可见光降解性能使用有机物苯酚评价。取1mg聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜放在100ml苯酚水溶液(50mg/ml)中,静置12h,充分吸附后苯酚浓度为45mg/ml。在可见光(波长在456,546nm)照射5h后,苯酚的浓度用紫外光谱测试为0mg/ml,苯酚基本上被光降解完毕。聚醋酸乙烯酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜在分离后,可以重复使用。
实施例3
10重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度1~15μm)通过超声分散在100重量份乙醇中,然后加入50重量份醋酸锆,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有20重量份聚乙烯醇的100重量份乙醇溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以5mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚乙烯醇/碳纳米管/二氧化锆)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在600℃下煅烧1h被除去聚乙烯醇,最后得到碳纳米管/氧化锆混杂纳米纤维膜。对碳纳米管/氧化锆混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为210nm。氧化锆的纳米粒子直径为20nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列。碳纳米管/氧化锆的混杂纳米纤维的体积电导率用四电极法测得为10-2S/cm,可以作静电屏蔽材料。
实施例4
10重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度1~15μm)通过超声分散在100重量份四氢呋喃中,然后加入50重量份氯化锗,3重量份纳米氧化物形成助剂柠檬酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有20重量份聚苯乙烯的100重量份四氢呋喃溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以5mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚苯乙烯/碳纳米管/二氧化锗)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300~600℃下煅烧2h被除去聚苯乙烯,最后得到碳纳米管/二氧化锗混杂纳米纤维膜。对碳纳米管/二氧化锗混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为210nm。二氧化锗的纳米粒子直径为10nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列。碳纳米管/氧化锆的混杂纳米纤维的体积电导率用四电极法测得为10-3S/cm。
实施例5
10重量份带羧基的碳纳米管(直径1~2nm,长度1~10μm)通过超声分散在100重量份乙醇中,然后加入10重量份硅酸乙酯,5份硝酸银,混匀后再加入1重量份纳米氧化物形成助剂三氟乙酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有40重量份聚乙二醇的100重量份水溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件下,得到的纤维(聚乙二醇/碳纳米管/二氧化硅前驱体/氧化银前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在400℃下煅烧2h除去聚乙二醇,最后得到碳纳米管/二氧化硅/氧化银混杂纳米纤维的无纺膜。对碳纳米管/二氧化硅/氧化银混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为78nm。二氧化硅的纳米粒子直径为15nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列排列。碳纳米管/二氧化硅/氧化银混杂纳米纤维的无纺膜的体积电导率用四电极法测得为102S/cm。采用矢量网络分析仪测试碳纳米管/二氧化硅/氧化银混杂纳米纤维膜的电磁屏蔽性能。电磁屏蔽有效性在10MHz高达60dB,在500MHz-1.5GHz的范围中达到30~40dB。
实施例6
10重量份碳纳米管(直径20~50nm,长度10~100μm)通过超声分散在100重量份六氟异丙醇中,然后加入1重量份乙烯基三甲氧基硅烷和40重量份钛酸正丁酯,混匀后再加入5重量份纳米氧化物形成助剂月桂酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有40重量份聚对苯二甲酸环己二甲酯的100重量份六氟异丙醇溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件下(电压200V,距离0.1cm),得到的纤维(聚聚对苯二甲酸环己二甲酯/碳纳米管/二氧化硅前驱体/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在400℃下煅烧2.5h除去聚对苯二甲酸环己二甲酯,最后得到碳纳米管/二氧化硅/二氧化钛混杂纳米纤维的无纺膜。对碳纳米管/二氧化硅/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征。结果显示纤维平均直径为90nm。二氧化硅的纳米粒子直径为10nm左右,二氧化钛的纳米粒子直径为5nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。碳纳米管沿纤维径向取向排列排列。
实施例7
10重量份带C18烷基链的单壁碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份六氟异丙醇中,然后加入50重量份钛酸辛脂和10重量份纳米氧化物形成助剂甲酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有40重量份聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的100重量份六氟异丙醇溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚对苯二甲酸乙二酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过微波处理1h(频率2.45GHz),最后得到聚对苯二甲酸乙二酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的无纺膜。
实施例8
10重量碳纳米管(直径80~200nm,长度500~5000μm)通过超声分散在200重量份三氟乙酸和二氯甲烷的混合物(质量比1∶1)中,然后加入30重量份钛酸异丙氧基三正丁酸基酯,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有80重量份聚萘二甲酸乙二酯的100重量份三氟乙酸和二氯甲烷的混合物(质量比1∶1)溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚萘二甲酸乙二酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在60℃下水热处理2h,最后得到聚萘二甲酸乙二酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的无纺膜。对聚萘二甲酸乙二酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为2000纳米,长径比大于2000。二氧化钛的纳米粒子直径为2nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。
实施例9
10重量份碳纳米管(直径50~100nm,长度50~500μm)通过超声分散在200重量份甲酸中,然后加入50重量份钛酸丙脂,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有40重量份尼龙6(PA6)的100重量份甲酸溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(尼龙6/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在150℃下水热处理1h,最后得到尼龙6/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的无纺膜。对尼龙6/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为350nm。二氧化钛的纳米粒子直径为15nm左右。
实施例10
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份甲酸中,然后加入20重量份钛酸乙脂,20份硝酸锌,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有20重量份尼龙6和20重量份尼龙12的100重量份甲酸溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛前驱体/氧化锌前驱体)收集在接地的铝箔包覆的收集轴上。然后,通过在150℃下水热处理1h,最后得到尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛/氧化锌的混杂纳米纤维。对尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛/氧化锌混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为220nm。二氧化钛的纳米粒子直径为15nm左右,二氧化钛主要为锐钛型,氧化锌的纳米粒子直径为20nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列。对尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛/氧化锌混杂纳米纤维的抗菌性能进行评价。加入大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白念珠菌到尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛/氧化锌混杂纳米纤维中,接种细菌数初始浓度为105个/mL,24h后细菌的杀死率为95%以上,表明尼龙6/尼龙12/碳纳米管/二氧化钛/氧化锌混杂纳米纤维具有广谱高效的抗菌性能。
实施例11
50重量份带酯基的碳纳米管(直径1~2nm,长度1~10μm)通过超声分散在200重量份连二氯苯和二氯甲烷的1∶1混合液中,然后加入10重量份钛酸异丙脂,3重量份醋酸铬,2重量份纳米氧化物形成助剂氢溴酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有20重量份聚对苯二甲酸乙二醇酯和10重量份聚对苯二甲酸丁二醇酯的100重量份连二氯苯和二氯甲烷的1∶1混合液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体/氧化铬前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在100℃下水热处理2h,将二氧化钛前驱体转化为二氧化钛,最后得到聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯/碳纳米管/二氧化钛/氧化铬的混杂纳米纤维的无纺膜。对聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为280nm,长径比大于2000。二氧化钛的纳米粒子直径为15nm左右。
实施例12
10重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度1~15μm)通过超声分散在100重量份异丙醇中,然后加入50重量份醋酸锌,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有20重量份聚乙烯醇的100重量份乙醇溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以5mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚乙烯醇/碳纳米管/氧化锌前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在600℃下煅烧被除去聚乙烯醇,最后得到碳纳米管/氧化锌混杂纳米纤维膜。对碳纳米管/氧化锌混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为210nm。氧化锌的纳米粒子直径为120nm左右。
实施例13
10重量份带十八烷基酯的碳纳米管(直径1~2nm,长度1~10μm)通过超声分散在100重量份甲醇中,然后加入60重量份钛酸异丙酯,混匀后再加入2重量份纳米氧化物形成助剂硫酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有30重量份聚己内酯的100重量份氯仿溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度3kV/cm的条件下,得到的纤维(聚己内酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300~800℃下煅烧被除去聚己内酯,最后得到碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的膜。对碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为62nm。二氧化钛的纳米粒子直径为10nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。碳纳米管沿纤维径向取向排列。对碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维的太阳能转化性能评价。采用染料N719作光敏剂。将碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜浸渍在含有染料N719的乙醇溶液中40h,从而得到吸附染料N719的碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。在混杂纳米纤维膜表面覆盖铂涂层的导电玻璃组装成空心电池,以LiI-I2体系作电解质,采用500~600nm的模拟太阳光照射,电流密度可以达到30mA/cm2。
实施例14
10重量份带酰胺集团的碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份甲酸中,然后加入20重量份钛酸异丙脂,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有80重量份尼龙6(PA6)的200重量份甲酸溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(尼龙6/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在120℃下水热处理2h,最后得到尼龙6/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的无纺膜。对尼龙6/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为300nm。二氧化钛的纳米粒子直径为15nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。尼龙6/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜的过滤分离性能使用含有悬浮粒子的水分散液来评价。取大小合适的尼龙6/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜放在压力过滤装置中,滤液为浑浊的悬浮粒子的水分散液(粒子直径分布在1~100μm,浓度为106个/L),过滤压力为6MPa,过滤后滤液澄清透明,悬浮粒子浓度降到10个/L以下。尼龙6/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维膜可以重复使用。
实施例15
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份甲酸中,然后加入20重量份钛酸异丙脂,10重量份十八烷基三甲氧基硅烷,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有80重量份尼龙66的200重量份甲酸溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度10kV/cm的条件下,得到的纤维(尼龙66/碳纳米管/二氧化钛前驱体/二氧化硅前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在150℃下水热处理1h,最后得到尼龙66/碳纳米管/二氧化钛/二氧化硅的混杂纳米纤维的无纺膜。对尼龙66/碳纳米管/二氧化钛/二氧化硅的混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为380nm。二氧化钛的纳米粒子直径为15nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。二氧化硅的纳米粒子直径为10nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列。
实施例16
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份六氟异丙醇中,然后加入50重量份钛酸异丙脂,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有40重量份聚对苯二甲酸丙二酯的100重量份六氟异丙醇溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚对苯二甲酸丙二酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在80℃下水热处理10h,最后得到聚对苯二甲酸丙二酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维的无纺膜(无纺布)。聚对苯二甲酸丙二酯/碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为308nm。二氧化钛的纳米粒子直径为10nm左右。
实施例17
100重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份甲苯中,然后加入5重量份钛酸异丙酯,混匀后再加入1重量份纳米氧化物形成助剂高氯酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有300重量份马来酸酐接枝聚丙烯的500重量份甲苯溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,电场强度300kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为0.3kV,从喷丝口到收集轴的距离为1cm,得到的纤维(马来酸酐接枝聚丙烯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在800℃下煅烧除去马来酸酐接枝聚丙烯,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。对碳纳米管/二氧化钛混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为200nm。二氧化钛的纳米粒子直径为10nm左右,二氧化钛主要为锐钛型。
实施例18
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份氯仿中,然后加入100重量份钛酸异丙酯,混匀后再加入2重量份纳米氧化物形成助剂磷酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有200重量份聚乳酸的500重量份四氢呋喃和氯仿的1∶1混合液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,电场强度0.3kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为30kV,从喷丝口到收集板的距离为100cm,得到的纤维(聚乳酸/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300~800℃下煅烧除去聚乳酸,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。
实施例19
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份二甲苯中,然后加入100重量份四氯化钛,混匀后再加入纳米氧化物形成助剂5重量份氢氟酸和2重量份硝酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有200重量份聚乙烯吡咯烷酮的500重量份二甲苯溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,电场强度3kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为30kV,从喷丝口到收集板为10cm,得到的纤维(聚乙烯吡咯烷酮/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300~800℃下煅烧2h除去聚乙烯吡咯烷酮,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。
实施例20
5重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份乙醇中,然后加入100重量份二硫酸钛,混匀后再加入5重量份纳米氧化物形成助剂肉桂酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有200重量份聚乙烯吡咯烷酮的500重量份乙醇溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,电场强度3kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为30kV,从喷丝口到收集板的距离为10cm,得到的纤维(聚乙烯吡咯烷酮/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300下煅烧除去聚乙烯吡咯烷酮,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。
实施例21
20重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份二甲基甲酰胺中,然后加入100重量份二硫酸钛,混匀后再加入10重量份纳米氧化物形成助剂盐酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有200重量份聚丙烯酸(PAA)的500重量份二甲基甲酰胺溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以3mL/h的进样速度,电场强度4kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为40kV,从喷丝口到收集板的距离为10cm,得到的纤维(聚丙烯酸/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在微波处理0.5h(2.45GHz),得到聚丙烯酸/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维。最后用水抽提2h被除去聚丙烯酸,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。
实施例22
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在500重量份甲苯中,然后加入100重量份二硫酸钛和3重量份纳米氧化形成助剂己二酸,在磁搅拌1h后,该分散液与溶解有200重量份聚乙烯的500重量份甲苯溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,电场强度3kV/cm,从电纺丝设备的喷丝口到收集板的电压可以为30kV,从喷丝口到收集板的距离为10cm,得到的纤维(聚乙烯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在400℃下煅烧除去聚乙烯,最后得到碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维膜。
实施例23
50重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度1~15μm)通过超声分散在500重量份二甲基甲酰胺(DMF)中,然后加入100重量份醋酸锌,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有100重量份聚丙烯腈(PAN)的500重量份二甲基甲酰胺溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚丙烯腈/碳纳米管/氧化锌前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在300℃下退火处理1h,将氧化锌前驱体转化为氧化锌,最后得到聚丙烯腈/碳纳米管/氧化锌混杂纳米纤维膜。
实施例24
10重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份氯仿和四氢呋喃的混合物(质量比1∶1)中,然后加入40重量份氯化铁,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有30重量份聚碳酸酯(PC)的100重量份氯仿和四氢呋喃的混合物(质量比1∶1)溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚碳酸酯/碳纳米管/三氧化二铁前驱体)收集在接地的铝箔收集板上。然后,通过在110℃下水热处理2h,最后得到聚碳酸酯/碳纳米管/三氧化二铁的混杂纳米纤维的无纺膜。对聚碳酸酯/碳纳米管/三氧化二铁的混杂纳米纤维进行透射电镜、拉曼光谱、傅立叶变换红外光谱、氮气吸附和脱附表征,结果显示纤维平均直径为1000nm。三氧化二铁的纳米粒子直径为15nm左右。
实施例25
1重量份碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合物(质量比1∶1)中,然后加入1重量份钛酸异丙脂,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有30重量份聚碳酸酯(PC)的100重量份二甲基甲酰胺和四氢呋喃的混合物(质量比1∶1)溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度1kV/cm的条件下,得到的纤维(聚碳酸酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集轴上。然后,通过在110℃下水热处理2h,最后得到聚碳酸酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维。
实施例26
100重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度10~15μm)通过超声分散在500重量份氯仿中,然后加入1重量份氯化镍,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有200重量份聚丁烯琥珀酸酯的500重量份氯仿溶液混合,磁搅拌10h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚丁烯琥珀酸酯/碳纳米管/氧化镍前驱体)收集在接地的铝箔收集轴上。然后,通过先80℃水热处理0.5h,在300℃下退火处理1h,将氧化镍前驱体转化为氧化镍,最后得到聚丁烯琥珀酸酯/碳纳米管/氧化镍混杂纳米纤维。对聚丁烯琥珀酸酯/碳纳米管/氧化镍混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为500nm。氧化镍的纳米粒子直径为3nm左右。碳纳米管沿纤维径向取向排列。聚丁烯琥珀酸酯/碳纳米管/氧化镍混杂纳米纤维的热导率用热导率仪测得为20W/(mK),有作为热导材料的可能。
实施例27
100重量份单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物(直径1~20nm,长度10~15μm)通过超声分散在500重量份二甲基乙酰胺中,然后加入5重量份氯化锌,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有200重量份聚丙烯腈的500重量份二甲基乙酰胺溶液混合,磁搅拌10hh后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以1mL/h的进样速度,在电场强度2kV/cm的条件,得到的纤维(聚丙烯腈/碳纳米管/氧化锌前驱体)收集在接地的铝箔收集轴上。然后,通过120℃下水热处理2h,将氧化锌前驱体转化为氧化锌,最后得到聚丙烯腈/碳纳米管/氧化锌混杂纳米纤维。对聚丙烯腈/碳纳米管/氧化锌混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为500nm。氧化锌的纳米粒子直径为4nm左右。
实施例28
1重量份带异氰酸酯基的碳纳米管(直径1~2nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份二甲苯中,然后加入10重量份钛酸异丙脂和3份纳米氧化物形成助剂苯甲酸,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有50重量份聚丙烯的100重量份二甲苯溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以2mL/h的进样速度,在电场强度5kV/cm的条件下,得到的纤维(聚丙烯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集轴上。然后,通过在微波处理0.5h(2.45GHz),最后得到聚丙烯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维。对聚丙烯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维进行表征,结果显示纤维平均直径为1500nm。
实施例29
4重量份带酰氯基团的碳纳米管(单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物,碳纳米管直径1~10nm,长度0.5~5μm)通过超声分散在200重量份丙酮中,然后加入3重量份钛酸异丙脂,在磁搅拌0.5h后,该分散液与溶解有50重量份聚甲基丙烯酸甲酯的100重量份丙酮溶液混合,磁搅拌1h后混合均匀得到分散液。然后将分散液盛在计量泵的储液罐中,以2mL/h的进样速度,在电场强度5kV/cm的条件下,得到的纤维(聚甲基丙烯酸甲酯/碳纳米管/二氧化钛前驱体)收集在接地的铝箔收集轴上。然后,通过在微波处理0.5h(2.45GHz),最后得到聚甲基丙烯酸甲酯/碳纳米管/二氧化钛的混杂纳米纤维。
Claims (9)
1.一种碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,其特征是:所述的复合材料的纤维结构中碳纳米管占碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99;或纳米氧化物占碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99;纤维的直径为1~10000nm;
所述的纳米氧化物选自钛、锌、硅、锆、锗、镍、铁、银、铬的纳米氧化物中的一种或一种以上的混合物,其粒子的直径在1~200nm。
2.根据权利要求1所述的复合材料的纤维结构,其特征是:所述的碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构中进一步含有聚合物,构成聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的纤维结构,其中碳纳米管占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为0.1~90,或纳米氧化物占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为0.1~90,或聚合物占聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米复合材料的质量百分数为1~99,纤维的直径为1~10000nm。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料的纤维结构,其特征是:所述的复合材料的纤维结构是纤维或由该纤维构成的膜。
4.根据权利要求2所述的复合材料的纤维结构,其特征是:所述的聚合物选自聚对苯二甲酸乙二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸丙二酯或其共聚物、聚萘二甲酸乙二酯或其共聚物、聚对苯二甲酸环己二甲酯、聚己内酯、聚酰胺、聚烯烃、马来酸酐接枝聚烯烃、聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚丁烯琥珀酸酯、聚醋酸乙烯酯中的一种或一种以上的混合物。
5.根据权利要求1或2所述的复合材料的纤维结构,其特征是:所述的碳纳米管是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或它们的混合物;所述的碳纳米管的直径在0.4~500nm,长度在0.1~10000μm。
6.根据权利要求5所述的复合材料的纤维结构,其特征是:所述的碳纳米管上选自带有羧基、酰氯基、异氰酸酯基、酯基、酰胺基团、氟、羟基和/或C1~C20的烷基中的一种或一种以上基团。
7.一种根据权利要求1~6任一项所述的复合材料纤维结构的制备方法,其特征是,该方法选自以下步骤:
(1)以碳纳米管重量为基准,将1~100重量份碳纳米管分散在10~1000重量份溶剂中,加入1~100重量份纳米氧化物前驱体和1~500重量份聚合物,选择性的加入0~200重量份纳米氧化物的形成助剂,形成聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的分散液;
(2)将步骤(1)得到的分散液通过电纺丝,得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构;
(3)将步骤(2)得到的聚合物/碳纳米管/纳米氧化物前驱体的纳米纤维结构,通过20~250℃水热处理处理或微波处理方法,将纳米氧化物的前驱体转化为纳米氧化物,得到聚合物/碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构,或/和通过250~1000℃高温处理或溶剂抽提除去聚合物,得到碳纳米管/纳米氧化物的纳米纤维结构。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征是:所述的纳米氧化物的前驱体选自钛、锌、硅、锆、锗、镍、铁、银、铬的C1~C20的脂肪酸盐、C1~C30的烃氧基化合物、氯化物、硫酸盐、亚硫酸盐、亚硝酸盐中的一种或一种以上的混合物;
所述的纳米氧化物的形成助剂选自硝酸、盐酸、氢溴酸、硫酸、高氯酸、磷酸、氢氟酸、C1~C20的脂肪酸或其卤代物、C6~C20的芳香族酸或其卤代物中的一种或一种以上的混合物;
所述的溶剂选自水、C1~C10醇或其卤代物、C3~C10酮、C1~C20脂肪烃或其卤代物、C6~C20芳香烃或其卤代物、C1~C20羧酸或其卤代物、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或一种以上的混合物。
9.一种根据权利要求1~6任一项所述的复合材料纤维结构的用途,其特征是:由所述的复合材料纤维结构构成的纤维或由该纤维构成的膜能够在污水处理、空气净化、太阳能电池、纺织、抗菌材料、抗静电材料、电磁屏蔽材料、高效分离介质、增强材料、导电材料、导热材料、吸波材料中应用。
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