CN102633275A - 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102633275A
CN102633275A CN2011100380153A CN201110038015A CN102633275A CN 102633275 A CN102633275 A CN 102633275A CN 2011100380153 A CN2011100380153 A CN 2011100380153A CN 201110038015 A CN201110038015 A CN 201110038015A CN 102633275 A CN102633275 A CN 102633275A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
fiber
obo
mn2bo3
manganese
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2011100380153A
Other languages
English (en)
Inventor
李霜
许大鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun University of Science and Technology
Original Assignee
Changchun University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun University of Science and Technology filed Critical Changchun University of Science and Technology
Priority to CN2011100380153A priority Critical patent/CN102633275A/zh
Publication of CN102633275A publication Critical patent/CN102633275A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)

Abstract

本发明涉及一种硼酸锰(Mn2OBO3)一维纳米材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。现有Mn2OBO3材料为块体或粉体，尚无一维纳米结构Mn2OBO3的报道。本发明之方法属于静电纺丝法，包括三个步骤：1、配制电纺溶液。以醋酸锰为锰源，以硼酸为硼源，以聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为高分子模板，无水乙醇为溶剂；2、电纺制备有机/无机复合纤维。电纺参数为：电纺电压10-12kV，喷头与收集板垂直距离为10cm；3、制备硼酸锰纳米纤维。采用热处理的方法，技术参数为：烧结温度700℃、800℃，烧结时间2h，升温速率2℃/min。制备的Mn2OBO3纳米纤维具有珠链状结构。平均直径为230-290nm，长度至少几十微米以上。

Description

珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硼酸锰Mn2OBO3一维纳米材料及其制备方法，采用静电纺丝法制备了具有珠链状一维纳米结构的Mn2OBO3纳米线，属于纳米材料技术领域。
背景技术
Mn2OBO3是一种混合价态过渡金属硼酸盐，具有硼镁钛矿(Warwickite)结构。1995年，R.Norrestam研究小组首次合成了Mn2OBO3晶体并对晶体结构进行了详细的描述。在Mn2OBO3晶体中，MnO6八面体借助于BO3基团通过共顶点相互链接起来。由于Mn有两种价态，即Mn2+和Mn3+，所以晶胞中包含有两种不等价的MnO6八面体配合物基团，即Mn(2+)O6和Mn(3+)O6八面体。其中Mn(3+)O6八面体沿着轴向扭曲产生的Jahn-Teller效应表明Mn(3+)-Mn(2+)之间的电荷有序以及Mn(3+)中的dz 2轨道有序。
关于Mn2OBO3的研究报道，主要集中于晶体结构、热学性质、磁学特性、电子运动特性等方面。热学和磁性能研究表明，Mn2OBO3在105K存在铁磁-反铁磁转变，在70K温度以下表现出弱铁磁行为。但中子衍射实验证实这种长程反铁磁有序仅出现在26K以下，并指出先前报道的转变是由于样品中的不纯相产生的。因此关于Mn2OBO3的铁磁转变仍是一个有争议的问题。合成高质量的Mn2OBO3样品对于其特性研究至关重要。
在样品制备方面，目前主要的合成方法是固相烧结法，以Mn2O3和B2O3为反应原料，经800℃烧结四天合成出了Mn2OBO3，但产物相不纯，始终有Mn2O3剩余。以Mn(NO3)2·4H2O和H3BO3为初始原料，充分混合后在700℃烧结三天成功获得了Mn2OBO3单晶颗粒。以MnCO3、H3BO3分别为Mn源和B源在700℃下烧结60小时获得了Mn2OBO3多晶颗粒。上述方法得到的都是块材或粉体材料，制备非常耗时，并且产物纯度不高。合成方法的滞后严重阻碍了其性能的进一步深入研究。迄今为止，还没有关于Mn2OBO3一维纳米结构及相关性能方面的研究报道。一维纳米结构由于在两个维度上受限于纳米尺度，因而表现出不同于三维受限的纳米颗粒，具有新的特性。在基础研究方面，一维纳米结构为研究空间维度和尺度对物质性质的影响提供了一个理想的模型；在应用研究方面，在介观领域中微纳米器件的研制具有重要的应用前景。
静电纺丝(Electrospinning又称电纺技术，简称电纺)是目前制备连续的、具有宏观长度纳米纤维的一种简单方法。这一技术的核心，是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中流动与细化。然后经溶剂快速蒸发或熔体快速冷却而固化，得到纤维状物质。静电纺丝是1934年由Formhals首先提出的，并获得专利。最早该方法主要用于制备高分子纳米纤维。近十年来，这一技术被广泛应用于无机纳米纤维的制备领域，包括各种无机化合物和氧化物纳米纤维。目前，未见利用静电纺丝法制备硼酸锰(Mn2OBO3)一维纳米纤维的相关报道。本发明采用静电纺丝法，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为高分子模板，以硼酸为硼源，醋酸锰为锰源，乙醇为溶剂，配制合适的电纺溶液，在最佳的电纺工艺条件下，获得复合纤维，再经过适当的高温处理，得到结构独特的珠链状Mn2OBO3纳米纤维。
发明内容
本发明的目的是采用一种简单、低成本的方法合成出一维纳米结构的Mn2OBO3。
本发明之产物Mn2OBO3纤维的特征在于具有珠链状-维纳米结构。
本发明之产物Mn2OBO3纤维的制备方法属于静电纺丝法，其特征在于：首先配制先驱体电纺溶液，以醋酸锰为锰源，以硼酸为硼源，以高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板，以无水乙醇为溶剂，混合溶液经磁力搅拌10h以上后，静止陈化。然后进行静电纺丝，注射针头(内径为0.8mm)作纺丝喷头，电纺电压为10-12kV，喷头与收集板垂直距离为10cm，在铝箔收集板上得到白色的无纺布状PVP/[Mn(CH3COO)2+H3BO3]复合纤维膜，将其在80℃下烘干。将电纺复合纤维装入坩埚内放入马弗炉中烧结，去除有机成分和残留溶剂获得无机相，升温速率为2℃/min，在100℃、300℃分别停留2h、3h，分别在700、800℃下恒温停留2h，随炉降温，得到最终产物为具有不同形貌的一维纳米结构Mn2OBO3。
本发明其技术效果在于实现了采用静电纺丝法和热处理工艺相结合制备一维纳米结构Mn2OBO3的发明目的，实验流程如图1所示。获得了不同形貌的Mn2OBO3一维纳米材料，见图2-6所示。经700℃烧结获得纤维表面粗糙，由很多小晶粒组成，具有典型的颗粒结构。长度至少几十微米以上，平均直径约290nm。经800℃烧结获得纤维具有奇特的珠链状一维纳米结构，长度至少几十微米以上，平均直径约为230nm。根据所获得的产物的XRD谱图，见图6所示，可知经不同温度烧结后产物的物质为Mn2OBO3。通过控制烧结温度可获得不同形貌和尺寸的Mn2OBO3纳米线。所采用的静电纺丝法与现有一维纳米材料的合成技术相比，具有设备易得，工艺简单，成本低廉的特点。
附图说明
图1样品合成流程图
图2700℃(实施例一)获得的Mn2OBO3的SEM图
图3700℃(实施例一)获得的Mn2OBO3的TEM图
图4800℃(实施例二)获得的Mn2OBO3的SEM图
图5800℃(实施例二)获得的Mn2OBO3的TEM图
图6700℃和800℃烧结获得Mn2OBO3的XRD图
具体实施方式
实施例一：
1、配制先驱体电纺溶液，以醋酸锰为锰源，以硼酸为硼源，以高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合物，以无水乙醇为溶剂，混合溶液经磁力搅拌10h以上后静止陈化，待电纺。
2、进行静电纺丝。取电纺前驱体溶液加入到玻璃注射器制成的纺丝器中，注射针头(内径为0.8mm)作纺丝喷头，电纺电压为12kV，喷头与收集板垂直距离为10cm，在铝箔收集板上得到白色的无纺布状PVP/[Mn(CH3COO)2+H3BO3]复合纤维膜，将其在80℃下烘干。
3、热处理。将电纺复合纤维装入坩埚内放入马弗炉中烧结，去除有机成分和残留溶剂获得无机相，升温速率为2℃/min，在100℃、300℃分别停留2h、3h，在700℃下恒温停留2h，随炉降温，最终产物形貌见图2和图3所示，纤维表面粗糙，纤维由很多小晶粒组成，具有典型的颗粒结构。长度至少几十微米以上，平均直径约290nm。
实施例二：
1、配制先驱体电纺溶液，以醋酸锰为锰源，以硼酸为硼源，以高分子聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合物，以无水乙醇为溶剂，混合溶液经磁力搅拌10h以上后静止陈化，待电纺。
2、进行静电纺丝。取电纺前驱体溶液加入到玻璃注射器制成的纺丝器中，注射针头(内径为0.8mm)作纺丝喷头，电纺电压为12kV，喷头与收集板垂直距离为10cm，在铝箔收集板上得到白色的无纺布状PVP/[Mn(CH3COO)2+H3BO3]复合纤维膜，将其在80℃下烘干。
3、热处理。将电纺复合纤维装入坩埚内放入马弗炉中烧结，去除有机成分和残留溶剂获得无机相，升温速率为2℃/min，在100℃、300℃分别停留2h、3h，在800℃下恒温停留2h，随炉降温，最终产物形貌见图4和图5所示，具有奇特的珠链状一维纳米结构，长度至少几十微米以上，平均直径约为230nm。

Claims (4)

1.一种Mn2OBO3纳米材料，其特征在于，具有一维纳米纤维结构。直径分布约为230-290nm，长度至少在几十微米以上。
2.根据权利要求1所述Mn2OBO3一维纳米材料，其特征在于，700℃烧结后产物为由很多小晶粒组成的典型颗粒结构纤维。
3.根据权利要求1所述Mn2OBO3一维纳米材料，其特征在于，800℃烧结后产物具有珠链状一维纳米结构。
4.一种制备Mn2OBO3一维纳米纤维的方法，其特征在于，选用静电纺丝法，其步骤为：(1)配制电纺溶液。以醋酸锰为锰源，以硼酸为硼源，以聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为高分子模板，无水乙醇为溶剂；(2)电纺制备有机/无机复合纤维。电纺参数为：电纺电压10-12kV，喷头与收集板垂直距离为10cm；(3)制备硼酸锰纳米纤维。采用热处理的方法，技术参数为：烧结温度700℃、800℃，烧结时间2h，升温速率2℃/min。
CN2011100380153A 2011-02-15 2011-02-15 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法 Pending CN102633275A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100380153A CN102633275A (zh) 2011-02-15 2011-02-15 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2011100380153A CN102633275A (zh) 2011-02-15 2011-02-15 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102633275A true CN102633275A (zh) 2012-08-15

Family

ID=46617882

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2011100380153A Pending CN102633275A (zh) 2011-02-15 2011-02-15 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102633275A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904327A (zh) * 2014-04-22 2014-07-02 山东大学 一种高性能锂离子电池负极材料Mn2OBO3的制备方法
CN114538459A (zh) * 2022-01-06 2022-05-27 上海电力大学 一种硼酸盐锂离子电池负极材料的制备方法及锂离子电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1944782A (zh) * 2006-11-03 2007-04-11 湘潭大学 超细轻质导电纤维的制备方法
CN101622195A (zh) * 2006-09-29 2010-01-06 阿克伦大学 金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101622195A (zh) * 2006-09-29 2010-01-06 阿克伦大学 金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途
CN1944782A (zh) * 2006-11-03 2007-04-11 湘潭大学 超细轻质导电纤维的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHUANG LI ET AL.: "Eletrospinning synthesis and structural characterization of manganese oxyborate (Mn2OBO3) necklace-like nanofibers", 《PHYS. STATUS SOLIDI A》, vol. 208, no. 1, 22 October 2010 (2010-10-22), pages 114 - 117 *
王俐聪等: "硼酸镁(Mg2B2O5)晶须的制备及表征", 《化学工业与工程》, vol. 26, no. 6, 30 November 2009 (2009-11-30), pages 475 - 478 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904327A (zh) * 2014-04-22 2014-07-02 山东大学 一种高性能锂离子电池负极材料Mn2OBO3的制备方法
CN103904327B (zh) * 2014-04-22 2016-05-11 山东大学 一种高性能锂离子电池负极材料Mn2OBO3的制备方法
CN114538459A (zh) * 2022-01-06 2022-05-27 上海电力大学 一种硼酸盐锂离子电池负极材料的制备方法及锂离子电池
CN114538459B (zh) * 2022-01-06 2024-05-10 上海电力大学 一种硼酸盐锂离子电池负极材料的制备方法及锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101786596B (zh) 铕离子掺杂铝酸镧多晶纳米纤维及其制备方法
CN102586950B (zh) 一种制备硒化锌纳米纤维的方法
CN102502874B (zh) 一种四氧化三铁网状结构纳米带的制备方法
CN102031586B (zh) 掺铕氟化钇纳米纤维/高分子复合纳米纤维的制备方法
CN102286805A (zh) Li-Zn铁氧体磁性纳米纤维及其制备方法
CN101786600B (zh) 一种制备二氧化锡/氧化锌复合多晶纳米带的方法
CN102605468A (zh) 一种制备硫化镍纳米纤维的方法
CN103706350B (zh) 一种In2O3/ZnO异质结构纳米管及其制备方法与应用
CN102602898B (zh) 一种制备单分散硒化锌粒子的方法
CN106400202A (zh) 一种制备硫化铜纳米纤维的方法
CN110624558A (zh) 一种四氧化三钴与氧化锡复合物纳米线的制备方法及用途
CN102817107B (zh) 一种负载银纳米球的LiFePO4纳米纤维的制备方法
CN104532405B (zh) 氮化钒多孔空心纳米纤维及其制备方法
CN106835356A (zh) 一种制备氧化亚钴空心纳米纤维的方法
El-Rafei Optimization of the electrospinning parameters of Mn2O3 and Mn3O4 nanofibers
CN102633275A (zh) 珠链状硼酸锰Mn2OBO3一维纳米纤维及其制备方法
CN102817114B (zh) 一种制备掺铕八氟钇钡红色发光纳米纤维的方法
CN105155002A (zh) 一种具有导电磁性吸附三功能纳米电缆及其制备方法
CN102277658B (zh) 一种制备硫化钇纳米纤维的方法
CN106381574A (zh) 一种制备Bi5O7I纳米纤维的方法
KR101176863B1 (ko) 금속 산화물 나노튜브의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 금속 산화물 나노튜브
CN102392319B (zh) 掺铕溴氧化镧纳米纤维的制备方法
CN102502882B (zh) 一种制备La2Fe2S5亚微米棒的方法
CN102817113A (zh) 掺铽八氟钇钡绿色发光纳米纤维的制备方法
CN106835366A (zh) 一种氮化钴空心纳米纤维的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120815