CN104532406A - 一种磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，属于材料生产技术和科研技术领域，本发明以乙酰丙酮铁或乙酰丙酮亚铁为α-Fe2O3的前驱体，以聚丙烯腈为高分子聚合物，N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，配制静电纺丝溶液，通过静电纺丝制得纳米纤维。再采用预氧化方法加固纳米纤维的形貌，通过在空气气氛中的煅烧制备了磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维。本发明根据PAN与Fe(acac)3或Fe(acac)2的比例的不同和不同的煅烧温度可以制备不同尺寸的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维和不同粒径大小α-Fe2O3磁性纳米颗粒。本发明方法操作简单，可重复性强，制备的磁性纳米纤维的直径也可以控制在纳米级别。
Description
技术领域
本发明属于材料生产技术和科研技术领域，特别是具有磁性的纳米纤维材料的生产技术和科研领域，具体涉及中空结构的纳米金属氧化物纤维的制备方法。
背景技术
α-Fe2O3是铁氧化物中研究的最多的一种，它储量丰富，在自然界中以赤铁矿的形式存在，空间结构呈R-3C，在常温下显反铁磁性。α-Fe2O3具有很好的热力学稳定性、生物相容性、电活性等，纳米尺寸的α-Fe2O3目前已商业化生产，且已被广泛的应用于水处理、气体传感器和锂离子电池等科研领域。α-Fe2O3的制备方法有多种，其中水热法相关的研究报道较多。
水热法制备α-Fe2O3一般是在高温下数小时反应制得，但制备的颗粒直径较大，一般在几十纳米到几百纳米。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作简单，可重复性强的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1）在常温和磁力搅拌下，将聚丙烯腈(PAN)和乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)或乙酰丙酮亚铁(Fe(acac)2)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成静电纺丝液；
2）将上述静电纺丝液通过静电纺丝装置进行静电纺丝，取得纳米纤维；
3）将上述纳米纤维预氧化，以固定纤维的形貌；
4）将经过预氧化的纳米纤维在空气中煅烧，制得磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维。
静电纺丝技术是使带有电荷的高分子熔体或者溶液在高压静电场中受到电场力和表面张力的共同作用，通过喷射、拉伸、劈裂、固化或者溶剂挥发，而形成一维纳米纤维状物质的过程。静电纺丝技术具有简单、易操控、可重复性强等优点，同时接合后续的热处理可以制备一系列纳米尺寸的化合物，在材料制备方面得到了广泛的研究和应用。
本发明以聚丙烯腈(PAN)为高分子熔体，乙酰丙酮铁(Fe(acac)3)或乙酰丙酮亚铁(Fe(acac)2)为α-Fe2O3的前驱体，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，制成静电纺丝液，然后经静电纺丝形成纳米纤维，通过预氧化固定了纤维的形状，进一步通过在空气气氛中煅烧，将Fe(acac)2和Fe(acac)3转变为α-Fe2O3纳米颗粒，聚丙烯腈(PAN)转化为C并在空气气氛中煅烧除去，制备了由磁性的α-Fe2O3组成的中空的纳米纤维。制成的磁性中空的α-Fe2O3纤维的直径为10～500nm，纳米颗粒的直径为1～100nm。
另，为了使制备的静电纺丝液具有一定的粘稠度，配合设定的静电纺丝的电压和接收距离可以制备出形貌均一的静电纺丝纳米纤维，本发明所述的聚丙烯腈占静电纺丝液总质量的4～12%，为有利于制备中空的α-Fe2O3磁性纳米纤维，所述乙酰丙酮铁或乙酰丙酮亚铁占静电纺丝液总质量的2～10%。
静电纺丝时的电压为5～20kV，接收距离为5～20cm，静电纺丝针头的内径为0.2～1.0mm，静电纺丝液的推进速度为0.5～1.5mL/h，以铝箔接收纺丝物，滚筒转速为5～50r/min。
本发明所述的预氧化是在管式炉中进行，将纳米纤维置于炉管中部，并通入干燥空气，以0.5～2℃/min的升温速度，从常温升至200～260℃，并维持30～200min。本发明中预氧化是为了固定纤维的形貌，通入一定量的干燥空气是为了保证预氧化在保证预氧化过程中正常的空气交换。
本发明所述的煅烧是将经过预氧化的纳米纤维放于石英舟中然后置于炉管中部，并通入干燥空气，以2～10℃/min的升温速度，从常温升至300～650℃，并维持5～200min。在煅烧过程通入小流量的干燥空气可以补充消耗的氧气，保证煅烧的效果。在PAN与Fe(acac)3或Fe(acac)2的一定配比下，在煅烧过程中纤维内部的Fe(acac)3或Fe(acac)2在转化为磁性的α-Fe2O3的过程中移向更容易与氧气接触的纤维的表面，因而可以制备磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维。当煅烧温度达到700℃时，α-Fe2O3纳米纤维不是中空结构。
在预氧化时和煅烧时通入的干燥空气流量分别为1～6mL/min。
附图说明
图1为例一方法中，静电纺丝经过250℃预氧化的纳米纤维的扫描电镜图。
图2为例一方法中，以煅烧为600℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的扫描电镜图。
图3为例一方法中，以煅烧为600℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的透射电镜图。
图4为例一方法中，以煅烧为600℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的x-射线衍射图。
图5为例一方法中，以煅烧为600℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的磁滞回线图。
图6为例二方法中，以煅烧为400℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的透射电镜图。
图7为例二方法中，以煅烧为500℃所制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的透射电镜图。
图8为例二方法中，以煅烧为700℃所制备的磁性α-Fe2O3纳米纤维的透射电镜图。
具体实施方式
例一：
一、制备方法：
1、纺丝液的制备：在25 mL锥形瓶中加入1.0g PAN、0.5g乙酰丙酮铁Fe(acac)3和8.5g DMF，常温磁力搅拌24～36h，制备均一的静电纺丝液。
2、静电纺丝：将纺丝液倒入10mL容量的注射器，放入静电纺丝装置，采用内径为0.2～1.0mm的静电纺丝针头，静电纺丝液的推进速度为0.5～1.5mL/h。将铝箔附着于滚筒上以收集静电纺丝纳米纤维，电压设置为13～17KV，接收距离为10～18cm，滚筒转速设为30～50r/ min，进行静电纺丝制备静电纺丝纳米纤维。
3、预氧化：将静电纺丝纳米纤维放入石英舟中，置于管式炉中，以流速为1～6mL/min通入小流量的干燥空气，以1～2℃/min的升温速率升温至240～260℃，并维持60～180min。
4、煅烧：将预氧化后的纺丝物放入管式炉中，以流速为1～6mL/min通入小流量的干燥空气，以2～6℃/min的升温速度，从常温升至600℃并维持60～150min，制得磁性中空的纳米α-Fe2O3纤维，磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的直径为200～500nm。
二、性能表征：
图1为本发明以配比为PAN 10wt%，Fe(acac)3 5wt%，DMF为85wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物经过250℃预氧化制备的纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数：×5000，由图中可以看出制得的静电纺丝纤维的形貌比较均一。
图2为本发明以配比为PAN 10wt%，Fe(acac)3 5wt%，DMF为85wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物经过预氧化和600℃煅烧2h后制备的纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数：×10000，由图中可以看出制得的中空的静电纺丝纤维的形貌比较均一。
图3为本发明以配比为PAN 10wt%，Fe(acac)3 5wt%，DMF为85wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物经过预氧化和600℃煅烧2h后制备的纳米纤维的透射电镜图及其局部放大图，由图中可以明显的看出制得的静电纺丝纤维为中空结构，且形貌比较均一。
图4为本发明以配比为PAN 10wt%，Fe(acac)3 5wt%，DMF为85wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物经过预氧化和600℃煅烧2h后制备的纳米纤维的x-射线衍射图，横坐标为2倍的衍射角度，纵坐标为相对强度，图中标出的产物的衍射峰与α-Fe2O3的标准谱图一一对应，表明制备的纳米纤维的成分为α-Fe2O3。
图5为本发明配比为PAN 10wt%，Fe(acac)3 5wt%，DMF为85wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物经过预氧化和600℃煅烧2h后制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的磁滞回线图，表明其磁性的强度。
例二：
一、制备方法：
1、纺丝液的制备：在25 mL锥形瓶中加入0.5g PAN、0.5g 乙酰丙酮亚铁Fe(acac)2和9g DMF，常温磁力搅拌12～36h，制备均一的静电纺丝液。
2、将纺丝液倒入10mL注射器，放入静电纺丝装置中，采用内径为0.2～1.0mm的静电纺丝针头，静电纺丝液的推进速度为0.5～1.5mL/h。将铝箔附着于滚筒上以收集静电纺丝纳米纤维，滚筒的转速设为20～40r/min，电压设置为8～15KV，接收距离设为8～15cm，制备静电纺丝纳米纤维。
3、预氧化：将静电纺丝纳米纤维放入石英舟中，置于管式炉中，通入流速为1～6mL/min的干燥空气，以0.5～2℃升温至200～250℃，并维持30～200min。
4、煅烧：将预氧化后的纺丝物放入管式炉中，通入流速为1～6mL/min的干燥空气，以3～7℃/min的升温速度，从常温升至350～700℃，然后保温120min，制得磁性中空的纳米α-Fe2O3纤维，磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的直径为10～100 nm。
二、性能表征：
图6、图7和图8分别为本发明以配比为PAN 5wt%，Fe(acac)2 5wt%，DMF为90wt%的静电纺丝液制备的静电纺丝物物经过预氧化后分别进行400℃、500℃和700℃煅烧2h制备的磁性纳米α-Fe2O3纤维的透射电镜图，其中颜色较暗的部分为α-Fe2O3纳米颗粒。从图中可以看出随着煅烧温度的增加，纳米α-Fe2O3的颗粒不断增大，且在本实施方案中，煅烧温度达到700℃时α-Fe2O3纳米纤维不是中空结构。
由上例及图可见：本发明制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维，煅烧后的纤维直径和纳米颗粒直径的大小与PAN与Fe(acac)3或Fe(acac)2在纺丝液中的质量百分比、静电纺丝的条件参数、煅烧温度和煅烧时间有关。PAN与Fe(acac)3或Fe(acac)2在纺丝液中的占比越大，静电纺丝的电压越高、接收距离越短、纺丝液的推进速度越快、煅烧温度越低，制备的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的直径越大。煅烧温度越低，制备的磁性的磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维中磁性α-Fe2O3纳米颗粒的直径越小。
Claims (7)
1. 一种磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在常温和磁力搅拌下，将聚丙烯腈和乙酰丙酮铁或乙酰丙酮亚铁溶于N,N-二甲基甲酰胺中，形成静电纺丝液；
2）将上述静电纺丝液通过静电纺丝装置进行静电纺丝，取得纳米纤维；
3）将上述纳米纤维预氧化，以固定纤维的形貌；
4）将经过预氧化的纳米纤维在空气中煅烧，制得磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维。
2. 根据权利要求1所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于所述的聚丙烯腈占静电纺丝液总质量的4～12%，所述乙酰丙酮铁或乙酰丙酮亚铁占静电纺丝液总质量的2～10%。
3. 根据权利要求1所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于静电纺丝时的电压为5～20kV，接收距离为5～20cm，静电纺丝针头的内径为0.2～1.0mm，静电纺丝液的推进速度为0.5～1.5mL/h，以铝箔接收纺丝物，滚筒转速为5～50r/min。
4. 根据权利要求1所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于所述的预氧化是在管式炉中进行，将纳米纤维置于炉管中部，并通入干燥空气，以0.5～2℃/min的升温速度，从常温升至200～260℃，并维持30～200min。
5. 根据权利要求4所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于通入的干燥空气流量为1～6mL/min。
6. 根据权利要求1所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于所述的煅烧是将经过预氧化的纳米纤维放于石英舟中然后置于炉管中部，并通入干燥空气，以2～10℃/min的升温速度，从常温升至300～650℃，并维持5～200min。
7. 根据权利要求6所述磁性中空的α-Fe2O3纳米纤维的制备方法，其特征在于通入的干燥空气流量为1～6mL/min。
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104532406A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106654190A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-05-10 | 华中科技大学 | 一维In2O3/C纤维复合材料、其制备方法和应用 |
| CN107237128A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-10 | 扬州大学 | 一种具有超双疏特性的柔性碳纤维的制备方法 |
| CN108411405A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-17 | 青岛大学 | 一种Fe2O3/TiO2复合纳米纤维及其制备方法 |
| CN108767243A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-06 | 湖北工程学院 | Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池 |
| CN110656402A (zh) * | 2019-01-21 | 2020-01-07 | 深圳维度新材料有限公司 | 一种无机纳米纤维制备方法及设备 |
| CN115838521A (zh) * | 2022-06-20 | 2023-03-24 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 中空纤维复合物及其制造方法、极片、电池、电池模块、电池包和装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101698515A (zh) * | 2009-10-30 | 2010-04-28 | 江苏大学 | 一种α相三氧化二铁纳米球的制备方法 |
| CN102502874A (zh) * | 2011-10-10 | 2012-06-20 | 长春理工大学 | 一种四氧化三铁网状结构纳米带的制备方法 |
| CN102557148A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-11 | 江苏大学 | 一种α相三氧化二铁微纳米管的制备方法 |
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2015
- 2015-01-20 CN CN201510026168.4A patent/CN104532406A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101698515A (zh) * | 2009-10-30 | 2010-04-28 | 江苏大学 | 一种α相三氧化二铁纳米球的制备方法 |
| CN102502874A (zh) * | 2011-10-10 | 2012-06-20 | 长春理工大学 | 一种四氧化三铁网状结构纳米带的制备方法 |
| CN102557148A (zh) * | 2012-01-05 | 2012-07-11 | 江苏大学 | 一种α相三氧化二铁微纳米管的制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘瑞江: "磁性氧化铁基纳米结构的构筑及其应用研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
| 汤营茂等: "静电纺丝制备磁性碳纳米复合纤维及其表征", 《无机材料学报》 * |
| 马千里等: "纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展", 《化工进展》 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106654190A (zh) * | 2016-11-04 | 2017-05-10 | 华中科技大学 | 一维In2O3/C纤维复合材料、其制备方法和应用 |
| CN107237128A (zh) * | 2017-07-21 | 2017-10-10 | 扬州大学 | 一种具有超双疏特性的柔性碳纤维的制备方法 |
| CN107237128B (zh) * | 2017-07-21 | 2019-10-18 | 扬州大学 | 一种具有超双疏特性的柔性碳纤维的制备方法 |
| CN108411405A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-17 | 青岛大学 | 一种Fe2O3/TiO2复合纳米纤维及其制备方法 |
| CN108767243A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-06 | 湖北工程学院 | Fe2O3/SnO2复合材料、其制备方法、应用和锂离子电池 |
| CN110656402A (zh) * | 2019-01-21 | 2020-01-07 | 深圳维度新材料有限公司 | 一种无机纳米纤维制备方法及设备 |
| CN115838521A (zh) * | 2022-06-20 | 2023-03-24 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 中空纤维复合物及其制造方法、极片、电池、电池模块、电池包和装置 |
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