CN103334179A - 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法 - Google Patents

一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103334179A
CN103334179A CN2013101533259A CN201310153325A CN103334179A CN 103334179 A CN103334179 A CN 103334179A CN 2013101533259 A CN2013101533259 A CN 2013101533259A CN 201310153325 A CN201310153325 A CN 201310153325A CN 103334179 A CN103334179 A CN 103334179A
Authority
CN
China
Prior art keywords
indium oxide
preparation
pvdf
hollow structure
kynoar
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.)
Granted
Application number
CN2013101533259A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103334179B (zh
Inventor
龙云泽
陈帅
单福凯
刘灵芝
刘帅
刘国侠
张红娣
孙彬
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.)
Qingdao University
Original Assignee
Qingdao University
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 Qingdao University filed Critical Qingdao University
Priority to CN201310153325.9A priority Critical patent/CN103334179B/zh
Publication of CN103334179A publication Critical patent/CN103334179A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103334179B publication Critical patent/CN103334179B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

本发明属于纳米纤维材料制备技术领域，涉及一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，包括制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维、包裹氧化铟和高温烧结去除PVDF三个步骤：配制PVDF溶液，用静电纺丝装置按常规操作方法进行静电纺丝制得PVDF纳米纤维；利用常规的磁控溅射方法在PVDF纤维表面上包裹一层氧化铟；将包裹有氧化铟的PVDF纤维置于马弗炉中进行烧结，PVDF完全分解即形成中空结构氧化铟纳米纤维；其制备方法简单，原理可靠，制备技术成熟，操作简便，成品率高，成本低，产品性能好，环境友好。

Description

一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于纳米纤维材料制备技术领域，涉及一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，用静电纺丝纤维作为模板，通过静电纺丝技术和磁控溅射技术的结合，实现中空结构氧化铟纳米纤维的制备。
背景技术：
随着对纳米纤维的深入研究，人们逐渐对有序排列或交叉结构的纳米纤维、三维堆垛结构的纳米纤维、同轴结构的纳米纤维和中空结构的纳米纤维等特殊形貌结构的纳米纤维的关注度越来越高，鉴于中空结构的微纳米纤维在催化、纯化、分离、气体存储、能量转换、药物缓释、传感器件和环境保护等方面有着广阔的应用前景，科学家们一直在探索中空结构纳米纤维的制备方法。目前常见的基于静电纺丝技术制备有机或无机中空结构微纳米纤维的方法主要有化学涂覆法、熔融纺丝法、干喷湿纺法和同轴静电纺丝法等，其中化学涂覆法只能在纤维膜的表面进行涂覆，但不能对每根纤维的表面进行均匀涂覆，例如中国专利200610096750.9公开了一种利用化学涂覆法制备用于细胞培养的多层中空纳米纤维的方法，该方法以电纺纤维作为模板，结合层层组装技术，将带有正反电荷的聚合物交替吸附在纤维表面，并用有机溶剂除去内部的纤维模板，最终获得多层的中空纤维，但是这种方法制备的中空结构纳米纤维的均匀程度不易控制，而且对纤维壁的厚度和纤维间的空隙率难以掌握；中国专利200510014578.3公开了一种制备中空结构纳米纤维的熔融纺丝法，将无机粒子、高分子致孔剂、表面活性剂及非溶剂等组成纺丝组合物后混合均匀加热到聚合物熔融温度以上，然后将熔体在纺丝头挤出经冷却制成中空纤维，并通过除去其中的无机粒子、高分子致孔剂、表面活性剂和非溶剂制成中空纤维膜，虽然该方法使纤维的均匀程度有了提高，但是制备条件要求比较高，制备工艺和后续处理工艺比较繁琐；干喷湿纺法是令纺丝液在经过喷丝头喷出后不立即进入凝固浴，而是先经过空气层之后再进入凝固浴进行双扩散、相分离并形成丝条，中国专利201110292047公开了利用这种方法制备聚砜中空纤维膜，其采用从其他入口使单丝进入喷丝头，混纺制备带支撑材料的聚砜中空纤维复合膜，这种方法制备工艺相对复杂，而且需要经过一定的后续处理才能得到中空结构的纤维；同轴静电纺丝法是通过对喷丝头的设计，采用同轴的两个毛细管相互嵌套，并在内层与外层毛细管间留有一定缝隙，以保证壳层电纺溶液的畅通，现有的同轴共纺法主要是先制备核壳结构的纤维，然后再用不同的方法把核层物质置换出来以形成中空结构的纤维，中国专利201210217561公开了利用甘油和水的混合物作为同轴静电纺丝的内相电纺液，以聚合物作为外相电纺液，利用同轴静电纺丝的方法制得中空纳米纤维，但是这种方法在实验时需要控制内相和外相电纺液的流量，并需要对内外层液体施加相同或不同的高压电场，使其从两个同轴但不同直径的喷管中喷出的静电纺丝溶液为同心分层流，同时还对静电纺丝溶液的选择有所限制。
氧化铟是一种n型半导体材料，具有方铁锰型晶体结构，主要应用于荧光屏、有色玻璃、陶瓷、化学试剂、铟锡氧化物(ITO)靶材、气敏添加剂以及低浓度氧化性气体的检测等方面，根据研究发现，以氧化铟为基体的气敏材料在检测低浓度的汽油、乙醇、氨气、丁烷等气体时具有极好的灵敏性。由于氧化铟气敏材料的阻值适中，响应恢复速度快、灵敏度高，并且可以对多种可燃气体、毒害气体实行专一检测或同时检测等优良特性，所以科研工作者们对此极具兴趣，特别是纳米结构的氧化铟具有表面积更大、气敏特性更灵敏等优点，是目前科学研究的热点之一。纳米结构的氧化铟可以通过模板法（Chem.Phys.Lett.334(2001)298;Adv.Mater.19(2007)1641）、化学气相沉积法（Appl.Phys.Lett.82(2003)4146）、物理气相沉积（Adv.Mater.15(2003)581）、激光蒸发法（Adv.Mater.15(2003)143）、外延生长（Adv.Mater.18(2006)234）和水热法（J.Nanopart.Res.15(2013)1452）等方法制备，但是对中空结构的氧化铟纳米纤维的制备目前尚未见有相关报道，因此寻求设计一种简单、快速的中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，具有良好的社会意义和实用价值。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，以实现中空直径和比表面积较大的中空结构氧化铟纳米纤维的制备。
为了实现上述目的，本发明涉及的制备方法具体步骤包括制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维、包裹氧化铟和高温烧结去除PVDF三个步骤：
（1）制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维：选用常规的适于本发明纺丝溶液使用的静电纺丝装置，选择环境温度为20℃，湿度为25%RH的制备场合，用电子天平称量2.0克聚偏氟乙烯（PVDF），将其溶于质量比为1:1的N,N二甲基甲酰胺（DMF，4.0克）和丙酮（4.0克）组成的混合溶剂中，在60-80℃水浴中磁力搅拌2-5小时后得到均匀透明的PVDF溶液；再用静电纺丝装置按常规操作方法在空气中进行静电纺丝，设置电压为13千伏，纺丝距离10厘米，选用5毫升注射器进行静电纺丝15-30分钟，在纺丝过程中混合溶剂挥发后即制得PVDF纳米纤维；
（2）包裹氧化铟：将收集的PVDF纳米纤维利用常规的磁控溅射方法在PVDF纤维表面上包裹一层氧化铟，将磁控溅射的参数设置为：氧化铟（In2O3）靶材，溅射功率90瓦，靶材与基片间距为10-15厘米，溅射时间为1-2小时，氩气（Ar）与氧气（O2）浓度比为10:0.1，温度为室温，压强为1个标准大气压；
（3）高温烧结去除PVDF：将步骤（2）制得的包裹有氧化铟的PVDF纤维置于马弗炉中进行烧结，调节烧结温度为650-750℃，在600℃条件下退火2-3小时后自然冷却至室温，PVDF完全分解即形成中空结构氧化铟纳米纤维；其制备的中空结构氧化铟纳米纤维的壁厚为80-180纳米，内径为600-800纳米；该方法或应用于氧化锌、二氧化钛金属氧化物中空纤维的制备，其工艺过程相同。
本发明与现有技术相比，采用静电纺丝技术和磁控溅射技术相结合的方法，制得的氧化铟纳米纤维中空结构明显，增加了中空纤维的比表面积，而且中空纤维的内外径尺寸可以调控，壁厚可以通过控制磁控溅射的时间加以调控，内径可以通过电纺丝纤维的直径加以调控；其制备方法简单，原理可靠，制备技术成熟，操作简便，成品率高，成本低，产品性能好，环境友好。
附图说明：
图1为本发明的主体工艺过程结构原理示意图。
图2为本发明制得的多根中空结构氧化铟纳米纤维的扫描电镜SEM形貌图。
图3为本发明制得的单根中空结构氧化铟纳米纤维的扫描电镜SEM形貌图。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例：
本实施例采用静电纺丝与磁控溅射技术相结合的方法制备中空结构氧化铟纳米纤维，其具体步骤包括制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维、包裹氧化铟和高温烧结去除PVDF三个步骤：
（1）制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维：选用常规的适于本发明纺丝溶液使用的静电纺丝装置，选择环境温度为20℃，湿度为25%RH的制备场合，用电子天平称量2.0克聚偏氟乙烯（PVDF），将其溶于质量比为1:1的N,N二甲基甲酰胺（DMF，4.0克）和丙酮（4.0克）组成的混合溶剂中，在60-80℃水浴中磁力搅拌2-5小时后得到均匀透明的PVDF溶液；再用静电纺丝装置按常规操作方法在空气中进行静电纺丝，设置电压为13千伏，纺丝距离10厘米，选用5毫升注射器进行静电纺丝15-30分钟，在纺丝过程中混合溶剂挥发后即制得PVDF纳米纤维；
（2）包裹氧化铟：将收集的PVDF纳米纤维利用常规的磁控溅射方法在PVDF纤维表面上包裹一层氧化铟，将磁控溅射的参数设置为：氧化铟（In2O3）靶材，溅射功率90瓦，靶材与基片间距为10-15厘米，溅射时间为1-2小时，氩气（Ar）与氧气（O2）浓度比为10:0.1，温度为室温，压强为1个标准大气压；
（3）高温烧结去除PVDF：将步骤（2）制得的包裹有氧化铟的PVDF纤维置于马弗炉中进行烧结，调节烧结温度为650-750℃，在600℃条件下退火2-3小时后自然冷却至室温，PVDF完全分解即形成中空结构氧化铟纳米纤维，如图2所示；其制备的中空结构氧化铟纳米纤维的壁厚为80-180纳米，内径为600-800纳米；该方法或应用于氧化锌、二氧化钛金属氧化物中空纤维的制备，其工艺过程相同。
本实施例的步骤（1）、（2）、（3）的结构分别对应图1中的（a）、（b）、（c）所示。

Claims (3)

1.一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，其特征在于具体步骤包括制备聚偏氟乙烯纳米纤维、包裹氧化铟和高温烧结去除聚偏氟乙烯三个步骤：
（1）制备聚偏氟乙烯纳米纤维：选用常规的适于本发明纺丝溶液使用的静电纺丝装置，选择环境温度为20℃，湿度为25%RH的制备场合，用电子天平称量2.0克聚偏氟乙烯，将其溶于质量比为1:1的N,N二甲基甲酰胺和丙酮组成的混合溶剂中，在60-80℃水浴中磁力搅拌2-5小时后得到均匀透明的聚偏氟乙烯溶液；再用静电纺丝装置按常规操作方法在空气中进行静电纺丝，设置电压为13千伏，纺丝距离10厘米，选用5毫升注射器进行静电纺丝15-30分钟，在纺丝过程中混合溶剂挥发后即制得聚偏氟乙烯纳米纤维；
（2）包裹氧化铟：将收集的聚偏氟乙烯纳米纤维利用常规的磁控溅射方法在聚偏氟乙烯纤维表面上包裹一层氧化铟，将磁控溅射的参数设置为：氧化铟靶材，溅射功率90瓦，靶材与基片间距为10-15厘米，溅射时间为1-2小时，氩气与氧气浓度比为10:0.1，温度为室温，压强为1个标准大气压；
（3）高温烧结去除聚偏氟乙烯：将步骤（2）制得的包裹有氧化铟的聚偏氟乙烯纤维置于马弗炉中进行烧结，调节烧结温度为650-750℃，在600℃条件下退火2-3小时后自然冷却至室温，聚偏氟乙烯完全分解即形成中空结构氧化铟纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，其特征在于所制备的中空结构氧化铟纳米纤维的壁厚为80-180纳米，内径为600-800纳米。
3.根据权利要求1所述的中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，其特征在于该方法应用于氧化锌、二氧化钛金属氧化物中空纤维的制备，其工艺过程相同。
CN201310153325.9A 2013-04-27 2013-04-27 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法 Expired - Fee Related CN103334179B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310153325.9A CN103334179B (zh) 2013-04-27 2013-04-27 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310153325.9A CN103334179B (zh) 2013-04-27 2013-04-27 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103334179A true CN103334179A (zh) 2013-10-02
CN103334179B CN103334179B (zh) 2015-07-22

Family

ID=49242373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310153325.9A Expired - Fee Related CN103334179B (zh) 2013-04-27 2013-04-27 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103334179B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643350A (zh) * 2013-12-19 2014-03-19 齐鲁工业大学 一种Co3O4/In2O3 异质结构纳米管及其制备方法与应用
CN104451955A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 中国科学院电子学研究所 一种具有分级结构的金属或金属氧化物及其制备方法
CN107974732A (zh) * 2016-10-21 2018-05-01 苏州今道创业投资有限公司 氧化锌中空纳米纤维的制备方法
CN108130628A (zh) * 2017-12-29 2018-06-08 济南大学 一种In2O3颗粒/In2O3纤维复合材料的制备方法及所得产品
CN110963525A (zh) * 2019-12-16 2020-04-07 济南大学 一种In2O3核壳纳米带结构的静电纺丝合成方法
TWI767833B (zh) * 2021-09-03 2022-06-11 國立中興大學 含氮參雜石墨烯量子點的氨氣感測用三元複材及其製造方法
CN114892282A (zh) * 2022-04-21 2022-08-12 西南交通大学 一种拓扑结构压电纤维的制备方法及应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013819A1 (en) * 2000-10-26 2004-01-22 Haoqing Hou Oriented mesotubular and nantotubular non-wovens
CN1657655A (zh) * 2004-02-18 2005-08-24 中国科学院金属研究所 一种纳米金属管的制备方法
CN101539537A (zh) * 2009-05-06 2009-09-23 北京化工大学 铒掺杂氧化铟纳米气敏材料及其制备方法和用途
CN101545158A (zh) * 2009-05-07 2009-09-30 南京大学 一种管状和管中管结构的无机氧化物及其制备方法
KR20110080910A (ko) * 2010-01-07 2011-07-13 서울대학교산학협력단 가스 감지용 금속 산화물 나노튜브의 제조 방법 및 이를 이용하는 금속 산화물 가스 센서
CN102134092A (zh) * 2011-02-17 2011-07-27 四川大学 具有次级结构的中空球和花状氧化铟的简易制备方法及应用
CN102515257A (zh) * 2012-01-16 2012-06-27 济南大学 一种中空纤维结构纳米In2O3气敏材料的制备方法
CN102616730A (zh) * 2011-02-01 2012-08-01 成功大学 中空纳米管结构的制造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040013819A1 (en) * 2000-10-26 2004-01-22 Haoqing Hou Oriented mesotubular and nantotubular non-wovens
CN1657655A (zh) * 2004-02-18 2005-08-24 中国科学院金属研究所 一种纳米金属管的制备方法
CN101539537A (zh) * 2009-05-06 2009-09-23 北京化工大学 铒掺杂氧化铟纳米气敏材料及其制备方法和用途
CN101545158A (zh) * 2009-05-07 2009-09-30 南京大学 一种管状和管中管结构的无机氧化物及其制备方法
KR20110080910A (ko) * 2010-01-07 2011-07-13 서울대학교산학협력단 가스 감지용 금속 산화물 나노튜브의 제조 방법 및 이를 이용하는 금속 산화물 가스 센서
CN102616730A (zh) * 2011-02-01 2012-08-01 成功大学 中空纳米管结构的制造方法
CN102134092A (zh) * 2011-02-17 2011-07-27 四川大学 具有次级结构的中空球和花状氧化铟的简易制备方法及应用
CN102515257A (zh) * 2012-01-16 2012-06-27 济南大学 一种中空纤维结构纳米In2O3气敏材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王清清等: "沉积纳米TiO2复合纳米纤维膜的制备及表征", 《化工新型材料》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103643350A (zh) * 2013-12-19 2014-03-19 齐鲁工业大学 一种Co3O4/In2O3 异质结构纳米管及其制备方法与应用
CN103643350B (zh) * 2013-12-19 2015-12-09 齐鲁工业大学 一种Co3O4/In2O3异质结构纳米管及其制备方法与应用
CN104451955A (zh) * 2014-11-25 2015-03-25 中国科学院电子学研究所 一种具有分级结构的金属或金属氧化物及其制备方法
CN107974732A (zh) * 2016-10-21 2018-05-01 苏州今道创业投资有限公司 氧化锌中空纳米纤维的制备方法
CN108130628A (zh) * 2017-12-29 2018-06-08 济南大学 一种In2O3颗粒/In2O3纤维复合材料的制备方法及所得产品
CN108130628B (zh) * 2017-12-29 2020-02-18 济南大学 一种In2O3颗粒/In2O3纤维复合材料的制备方法及所得产品
CN110963525A (zh) * 2019-12-16 2020-04-07 济南大学 一种In2O3核壳纳米带结构的静电纺丝合成方法
TWI767833B (zh) * 2021-09-03 2022-06-11 國立中興大學 含氮參雜石墨烯量子點的氨氣感測用三元複材及其製造方法
CN114892282A (zh) * 2022-04-21 2022-08-12 西南交通大学 一种拓扑结构压电纤维的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN103334179B (zh) 2015-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103334179B (zh) 一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法
Wu et al. Preparation of zinc oxide nanofibers by electrospinning
CN102557628B (zh) 一种柔性钇稳定氧化锆陶瓷纤维及其制备方法
Li et al. Fabrication of titania nanofibers by electrospinning
Zaarour et al. A review on the secondary surface morphology of electrospun nanofibers: formation mechanisms, characterizations, and applications
Zhang et al. ZnO hollow nanofibers: fabrication from facile single capillary electrospinning and applications in gas sensors
CN101905974B (zh) 陶瓷纳米复合纤维的静电纺丝制备方法
Dai et al. Ceramic nanofibers fabricated by electrospinning and their applications in catalysis, environmental science, and energy technology
CN102279210B (zh) 纳米纤维和粒子粘附层的双敏感层气体传感器及制备方法
CN102965764B (zh) 一种氧化铝陶瓷连续纤维的制备方法
CN101763917B (zh) 一种制备二氧化锡@二氧化钛纳米电缆的方法
KR101284610B1 (ko) 타원형 기공을 갖는 나노섬유, 그 제조방법 및 이를 포함하는 물품
CN106637446B (zh) 陶瓷纳米纤维及其制备方法和设备
CN101235558A (zh) 钙钛矿型稀土复合氧化物多孔空心纳米纤维制备方法
Zhao et al. Studies of electrospinning process of zirconia nanofibers
CN104392845A (zh) 一种可拉伸的线状超级电容器和锂离子电池制备方法
CN107195894A (zh) 一种金属碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用
CN101545158A (zh) 一种管状和管中管结构的无机氧化物及其制备方法
CN103606699A (zh) 一种循环性好的安全锂离子电池
CN104762696A (zh) 一种同轴纳米纤维的制备方法
Lin et al. Morphological control of centimeter long aluminum‐doped zinc oxide nanofibers prepared by electrospinning
KR20140012517A (ko) 다공성 금속산화물 나노섬유, 그의 제조 방법 및 이를 포함하는 장치
CN103706350A (zh) 一种In2O3/ZnO异质结构纳米管及其制备方法与应用
TW201437443A (zh) 光觸媒複合奈米纖維及其製法
CN106207149A (zh) 一种制备亚微米级钛酸锂材料的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150722

Termination date: 20180427

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee