CN116446070A - 一种表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的合成方法及所得产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面细纹状一维χ‑Al2O3微纳米纤维的合成方法及产品，步骤是将Al(NO3)3·9H2O加入水与甲胺水溶液的混合溶液后，加入葡萄糖、巴比妥酸和聚乙二醇进行溶剂热反应；产物分离得大小可调的颗粒状偏氢氧化铝前驱体；将前驱体加入异丙醇、二甲基甲酰胺、三辛胺、乙二醇混合溶液搅拌0.5 h，加入聚乙烯吡咯烷酮、异丙醇铝、4‑4’联吡啶和丁二酮肟搅拌6 h，在紫外灯固化下用静电纺丝法得前驱体纤维，煅烧后得表面细纹状一维χ‑Al2O3微纳米纤维。本发明设计了新颖的前驱体颗粒制备体系、静电纺丝溶液配比及可调的煅烧制度，价格低廉、工艺简便，产品形貌特殊、分散性好、适用于工业化生产，在喷墨印刷、催化、传感、电池隔膜、冶炼金属等领域有着广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的制备方法，具体涉及纤维直径尺寸可调的χ-Al2O3微纳米纤维的反应合成方法。
背景技术
氧化铝(Al2O3)由于具有优良的热稳定性和广泛的化学、物理和催化性能，被认为是目前在工业中应用前景较大的氧化物材料之一。经过高温烧结的Al2O3，也通常被叫做人造刚玉或者人造宝石，可以在机械轴承和钟表中得以应用。此外氧化铝通常也被用作高温耐火材料，比如制备耐火砖和坩埚等。而纳米Al2O3通常作为一种机械强度高、绝缘电阻大、硬度高的材料，通常被应用于高压钠灯灯管、PET薄膜的防粘连剂、宇航飞机机翼前缘等领域。纳米Al2O3的制备方法主要包括溶胶-凝胶法、热解法、水热法、溅射法和激光烧蚀法等。
在所有的Al2O3中，χ-Al2O3是一种低温转变氧化铝，具有较高的表面积、丰富的孔结构、较好的吸附性能和热稳定性，在喷墨印刷、催化、传感、电池隔膜等领域有着广阔的应用前景。科研工作者为了改善χ-Al2O3的性能，采用了诸多改性方法如结构改性、组分改性以及其他创新的新策略。例如，“I.V.Yakovlev,A.M.Volodin,V.O.Stoyanovskii,O.B.Lapina,A.F.Bedilo,Mater.Chem.Phys.2020,240,122135”直接在空气中650℃煅烧商业三水铝矿6h，然后将χ-Al2O3与聚乙烯醇(PVA)以7：3的重量百分比在氩气下以1.5℃/min的温度梯度加热至650℃保温6h，研究了表面碳沉积对χ-Al2O3相变序列稳定性的影响；“J.Janlamool,B.Jongsomjit,J.Oleo.Sci.2017,66,1029-1039”报道了纳米晶χ-Al2O3比γ-Al2O3催化剂具有更高的酸度，有利于乙醇脱水为乙烯的催化活性更高。
溶剂热法是一种操作简便、产物形态可控的制备纳米材料的常用方法；静电纺丝法是一种包容性强、操作简便的制备Al2O3纳米材料的方法。但是结合溶剂热法和紫外辐照下静电纺丝法制备表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维并未出现报道。事实上，通过调节合适的溶剂热反应体系，控制反映的温度与反应时间，可以制备出调节形貌的铝前驱体颗粒，结合对静电纺丝前驱体溶液参数的调控、紫外灯辐照以及后续煅烧制度的改变，可以获得晶体生长机制可调的表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，在喷墨印刷、催化、传感、电池隔膜、涂料添加剂、冶炼金属、研磨材料等领域应用前景大。
发明内容
针对静电纺丝法合成χ-Al2O3微纳米纤维具有的受控因素多、合成难度大的技术难题，本发明提供了一种结合溶剂热和紫外辐照下静电纺丝法制备表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的方法，该方法工艺简单、可控性好、产物尺寸均一、具有良好的可重复性，所得表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，微观结构尺寸可调，为静电纺丝法制备Al2O3纳米材料开拓了新的思路。
本发明的具体技术方案如下：
一种表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的合成方法，该方法包括以下步骤：
(1)将Al(NO3)3·9H2O、葡萄糖、巴比妥酸、PEG加入到水、甲胺水溶液的混合溶剂中，搅拌均匀得混合溶液；
(2)将步骤(1)的溶液加热，进行溶剂热反应；
(3)反应后，将产物离心洗涤干燥后得到前驱体颗粒。
(4)将C9H21AlO3、步骤(3)所得前驱体颗粒、PVP、4-4’联吡啶和丁二酮肟加入到异丙醇、DMF、三辛胺、乙二醇的混合溶剂中，搅拌均匀得到纺丝液；
(5)将步骤(4)的纺丝液在紫外灯照射下，将纺丝液静电纺丝形成前驱体纤维，然后将前驱体纤维在马弗炉中进行高温煅烧，得到表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维。
进一步的，步骤(1)中，Al(NO3)3·9H2O、葡萄糖、巴比妥酸和PEG的摩尔比为1：0.1-0.4：0.01-0.023：0.08-0.3。
进一步的，步骤(1)中，水、甲胺水溶液的体积比为1：0.01-0.1。
进一步的，上述步骤(2)中，溶剂热反应过程是：将混合溶液在150-200℃下保温12-24h。
进一步的，上述步骤(2)中，溶剂热反应在密闭条件下进行。
进一步的，上述步骤(3)中，反应产物在60℃下干燥6h。
进一步的，上述步骤(3)中，前驱体颗粒的平均直径为300-700nm。
进一步的，上述步骤(4)中，C9H21AlO3、前驱体颗粒、PVP、4-4’联吡啶、丁二酮肟的重量比为：1：0.5-1：0.05：0.02-0.1：0.01-0.08；
进一步的，上述步骤(4)中，异丙醇、DMF、三辛胺、乙二醇的体积比为1：3-5：0.005-0.01：0.002-0.009；
进一步的，上述步骤(5)中，静电纺丝时，正电压为17-20KV，负电压为0.5KV，接收距离为16-20cm，注射器推进速度为0.0005-0.003mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2。
进一步的，上述步骤(5)中，在空气气氛下热处理的温度为650-850℃，升温速度1-5℃/min，保温时间为3-8h。
根据上述制备方法，得到表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，纤维的平均直径为80-550nm。
本发明通过在前驱体纺丝液体系中加入适量的C9H21AlO3、前驱体颗粒、PVP、4-4’联吡啶、丁二酮肟、异丙醇、DMF、三辛胺和乙二醇，共同调节了χ-Al2O3纳米材料的形貌演变和晶体的生长过程。其中，在本发明专利权利要求书的限定范围内，由溶剂热法制备的前驱体颗粒在Al(NO3)3·9H2O、葡萄糖、巴比妥酸、PEG、水、甲胺水溶液的共同作用下，形成稳定的悬浮液，再通过静电纺丝过程中的紫外光辐照，使得纤维固化，诱导煅烧过程中更易形成χ-Al2O3相，这些综合因素是形成表面细纹状一维χ-Al2O3的重要条件。在前驱体颗粒制备过程中，葡萄糖作为表面活性剂，直接影响了晶体的生长过程和成核速率，在高温下低聚糖分子的脱水作用为后续多孔材料的制备作为模板；巴比妥酸作为pH调节剂，控制反应进程；PEG作为一种非离子型表面活性剂，充当一定电解质浓度下固体颗粒在液相中的分散剂，导致溶液的蒸汽压下降有利于前驱体颗粒的沉淀；甲胺水溶液也可以作为有机溶剂调节溶液的酸碱度，促进溶剂热反应的成核过程。在χ-Al2O3纳米材料的制备过程中，4-4’联吡啶在前躯体的成核过程中作变性剂，有利于配位聚合物的生成；异丙醇作为一种对亲油性物质溶解力强的溶剂，能较好的溶解C9H21AlO3防止其水解；三辛胺可以作为表面活性剂、pH调节剂、形貌控制剂，能够有效控制表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的形成；丁二酮肟作为螯合剂，促进反应进程；少量大小可调的前驱体颗粒的引入，在煅烧过程中可以作为形貌控制剂限制纤维的尺寸以及促进表面细纹的产生，也有助于诱导χ-Al2O3成核和生长；DMF、乙二醇能够有效调节前驱体纺丝液的稳定性，有利于稳定各反应物的稳定溶液状态，还能够与各种添加剂共同作用调节反应体系的粘度、氧化还原性等物化性质。在静电纺丝过程中，紫外灯的照射，有助于纺丝液进一步固化，增强可纺性。在热处理过程中，只有在本发明权利要求书范围内的反应体系参数才能优化材料的热分解及物相形成过程，有效调控χ-Al2O3晶粒的形成、长大及自组装进程，最终得到表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维结构。
本发明提供的溶剂热法与静电纺丝法相结合的方法，合成的表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的生长机理新颖，前驱体颗粒在热处理过程中作为模板，有利于沟壑状一维微纳米纤维的形成。且本发明所选原料价格低廉，重复性好，有利于规模化生产，与其他文献报道的颗粒状χ-Al2O3在合成机理上有显著不同且微观形貌特殊，具有较好的创新性与应用价值。
附图说明
图1为本发明实施例1合成的前驱体颗粒的X射线衍射(XRD)图谱。
图2为本发明实施例1合成的前驱体颗粒的扫描电镜(SEM)图片。
图3为本发明实施例1合成的χ-Al2O3一维微纳米材料的XRD图谱。
图4为本发明实施例1合成的χ-Al2O3一维微纳米材料的SEM图片。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行进一步的阐述，下述说明仅为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1
1.1将30mL的水、2.0mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3751g的Al(NO3)3·9H2O、0.025g葡萄糖、0.0015g的巴比妥酸和2.0g的PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
1.2将上述溶液转移到反应釜中，在170℃下密闭反应20h；
1.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径380-430nm的前驱体颗粒；
1.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.007mL三辛胺和0.005
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.04g的前驱体颗粒、0.004g的4-4’联吡啶和0.0033g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
1.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
1.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为19KV，负电压为0.5KV，接收距离为18cm，注射器推进速度为0.001mm/s紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
1.7将前驱体纤维按照2℃/min的升温速度由室温升至700℃，保温5h，
样品随炉冷却后得到χ-Al2O3一维微纳米材料。
前驱体颗粒的物相结构如图1所示，所有的衍射峰与AlO(OH)标准XRD卡(49-0133)一致，形貌如图2所示；最终产物的物相结构如图3所示，所有的衍射峰与χ-Al2O3标准XRD卡(29-1486)保持一致。产物的微观形貌如图4所示，本发明得到的产物为表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，纤维的平均直径为125-145nm。
实施例2
2.1将30mL的水、0.3mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3751g的Al(NO3)3·9H2O、0.0180g葡萄糖、0.0013g的巴比妥酸和1.6g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
2.2将上述溶液转移到反应釜中，在150℃下密闭反应12h；
2.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径300-340nm的前驱体颗粒；
2.4其次，配置1.0mL的异丙醇，3.0mL的DMF、0.005mL三辛胺和0.002
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.03g的前驱体颗粒、0.0031g的4-4’联吡啶和0.0012g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
2.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
2.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为17KV，负电压为0.5KV，接收距离为16cm，注射器推进速度为0.0005mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
2.7将前驱体纤维按照1℃/min的升温速度由室温升至650℃，保温3h，
样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为85-100nm。
实施例3
3.1将30mL的水、3.0mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O、0.035g葡萄糖、0.0029g的巴比妥酸和5.5g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
3.2将上述溶液转移到反应釜中，在200℃下密闭反应24h；
3.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径620-700nm的前驱体颗粒；
3.4其次，配置1.0mL的异丙醇，5.0mL的DMF、0.01mL三辛胺和0.009mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.055g的前驱体颗粒、
0.0135g的4-4’联吡啶和0.0063g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
3.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
3.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为20KV，负电压为0.5KV，接收距离为20cm，注射器推进速度为0.003mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
3.7将前驱体纤维按照5℃/min的升温速度由室温升至850℃，保温8h，
样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为510-540nm。
实施例4
4.1将30mL的水、3.0mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O、0.022g葡萄糖、0.0029g的巴比妥酸和3.0g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
4.2将上述溶液转移到反应釜中，在170℃下密闭反应18h；
4.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径340-380nm的前驱体颗粒；
4.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.006mL三辛胺和0.004mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.035g的前驱体颗粒、0.0081g的4-4’联吡啶和0.0023g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
4.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
4.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为19KV，负电压为0.5KV，接收距离为18cm，注射器推进速度为0.002mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
4.7将前驱体纤维按照3℃/min的升温速度由室温升至800℃，保温5h，
样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为360-385nm。
实施例5
5.1将30mL的水、0.5mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O、0.032g葡萄糖、0.0019g的巴比妥酸和3.5g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
5.2将上述溶液转移到反应釜中，在190℃下密闭反应15h；
5.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径580-620nm的前驱体颗粒；
5.4其次，配置1.0mL的异丙醇，3.5mL的DMF、0.008mL三辛胺和0.006
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.035g的前驱体颗粒、0.0071g的4-4’联吡啶和0.0013g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
5.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
5.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为17KV，负电压为0.5KV，接收距离为20cm，注射器推进速度为0.001mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
5.7将前驱体纤维按照2℃/min的升温速度由室温升至770℃，保温7h，
样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为230-255nm。
实施例6
6.1将30mL的水、1.0mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O、0.030g葡萄糖、0.0017g的巴比妥酸和3.9g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
6.2将上述溶液转移到反应釜中，在180℃下密闭反应20h；
6.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径430-500nm的前驱体颗粒；
6.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.009mL三辛胺和0.003
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.033g的前驱体颗粒、0.008g的4-4’联吡啶和0.0023g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
6.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
6.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为18KV，负电压为0.5KV，接收距离为19cm，注射器推进速度为0.0015mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
6.7将前驱体纤维按照4℃/min的升温速度由室温升至730℃，保温4h，
样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为200-230nm。
实施例7
7.1将30mL的水、2.6mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O、0.055g葡萄糖、0.0020g的巴比妥酸和3.9g PEG加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
7.2将上述溶液转移到反应釜中，在200℃下密闭反应13h；
7.3产物经过离心分离和洗涤后，在60℃下干燥6h，得到直径500-580nm的前驱体颗粒；
7.4其次，配置1.0mL的异丙醇，3.5mL的DMF、0.008mL三辛胺和0.002mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.007g的前驱体颗粒、0.008g的4-4’联吡啶依次加入，搅拌均匀；
7.5将0.7g的PVP加入，得到均一分散的前驱体纺丝液；
7.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为20KV，负电压为0.5KV，接收距离为19cm，注射器推进速度为0.0025mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
7.7将前驱体纤维按照2℃/min的升温速度由室温升至670℃，保温4h，样品随炉冷却后得到产品。
表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维尺寸较为均一、分散性好，纤维的平均直径为120-150nm。
对比例1
1.1将30mL的水、2.0mL的甲胺水溶液在烧杯中搅拌0.5h配置成混合溶剂，然后将0.3676g的Al(NO3)3·9H2O加入到上述混合溶剂中，搅拌0.5h；
1.2同实施例1；
将上述溶液溶剂热反应后，未能得到前驱体。由此可以看出，表面活性剂的加入可以促进前驱体的形成。
对比例2
2.1同实施例1；
2.2将上述溶液转移到反应釜中，在130℃下密闭反应20h；
2.3同实施例1；
2.4同实施例1；
2.5同实施例1；
2.6同实施例1；
2.7同实施例1；
随炉冷却后得到产物为不规则的Al2O3纳米带，纳米带直径为0.5-1.5μm。由此可以看出，前驱体颗粒的溶剂热反应制度对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例3
3.1同实施例1；
3.2同实施例1；
3.3同实施例1；
1.8配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.007mL三辛胺和0.005mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.004g的4-4’联吡啶和0.0033g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
3.4同实施例1；
3.5同实施例1；
3.6同实施例1；
3.7同实施例1；
所得产物随炉冷却后未能形成表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，得到了大小不均、不规则的纳米纤维，直径尺寸分布从60-800nm不等。由此可以看出，前驱体颗粒的加入对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例4
4.1同实施例1；
4.2同实施例1；
4.3同实施例1；
4.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF和0.005mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.04g的前驱体颗粒、0.004g的4-4’
联吡啶和0.0033g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
4.5同实施例1；
4.6同实施例1；
4.7同实施例1；
所得产物随炉冷却后未能表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，所得产物随炉冷却后得到团聚明显的Al2O3颗粒，由此可以看出三辛胺的加入对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例5
5.1同实施例1；
5.2同实施例1；
5.3同实施例1；
5.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.007mL三辛胺和0.005
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.04g的前驱体颗粒、0.0033g的丁二酮肟依次加入，搅拌均匀；
5.5同实施例1；
5.6同实施例1；
5.7同实施例1；
所得产物随炉冷却后得到不规则的Al2O3块状结构，尺寸分布不均。由此可以看出，表面活性剂4-4’联吡啶的加入比例对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例6
6.1同实施例1；
6.2同实施例1；
6.3同实施例1；
6.4其次，配置1.0mL的异丙醇，4.0mL的DMF、0.007mL三辛胺和0.005
mL的乙二醇混合溶剂，将0.2042g的C9H21AlO3、0.04g的前驱体颗粒和0.004g的4-4’联吡啶依次加入，搅拌均匀；
6.5同实施例1；
6.6同实施例1；
6.7同实施例1；
所得产物随炉冷却后并未观察到表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维结构，得到无规则颗粒，尺寸分布范围约为0.8-3.0μm，且产量大大降低。由此可以看出丁二酮肟作为螯合剂对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例7
7.1同实施例1；
7.2同实施例1；
7.3同实施例1；
7.4同实施例1；
7.5同实施例1；
7.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在紫外光照射下得到前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为15KV，负电压为0.5KV，接收距离为15cm，注射器推进速度为0.004mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
7.7同实施例1；
所得前驱体纺丝液不可纺，由此可以说明合适的纺丝参数对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例8
8.1同实施例1；
8.2同实施例1；
8.3同实施例1；
8.4同实施例1；
8.5同实施例1；
8.6同实施例1；
8.7将前驱体纤维按照10℃/min的升温速度由室温升至850℃，保温1h，样品随炉冷却后得到产品。
所得产物为直径分布范围大、团聚现象明显的Al2O3无规则形貌结构，尺寸分布范围约为0.5-4.0μm。由此可以看出，煅烧条件的设定对产品微观形貌的形成具有重要影响。
对比例9
9.1同实施例1；
9.2同实施例1；
9.3同实施例1；
9.4同实施例1；
9.5同实施例1；
9.6将上述纺丝液通过静电纺丝法在制备前驱体纤维，纺丝参数为：正电压为19KV，负电压为0.5KV，接收距离为18cm，注射器推进速度为0.001mm/s；
9.7将前驱体纤维按照2℃/min的升温速度由室温升至700℃，保温5h，样品随炉冷却后得到产品。
所得产物随炉冷却后的Al2O3纤维发生断裂，且直径分布范围大(0.6-2.8μm)，团聚明显。由此可以看出，紫外光固化设定对产品微观形貌的形成具有重要影响。
Claims (1)
1.一种表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维的合成方法，其特征是包括以下步骤：
(1)在室温下，将九水合硝酸铝(Al(NO3)3·9H2O)、水、甲胺水溶液混合，搅拌均匀后，依次向混合溶液中加入葡萄糖、巴比妥酸和聚乙二醇(PEG)，搅拌0.5h，得到均一溶液，水、甲胺水溶液的体积比为1：0.01-0.1，Al(NO3)3·9H2O、葡萄糖、巴比妥酸和PEG的摩尔比为1：0.1-0.4：0.01-0.023：0.08-0.3；
(2)将步骤(1)的溶液加热，进行溶剂热反应，溶剂热反应在密闭条件下进行的温度为150-200℃，反应时间为12-24h；
(3)反应后，将产物离心洗涤干燥，处理过程是，干燥温度为60℃，干燥时间为6h，得到偏氢氧化铝前驱体颗粒，其特征是：平均直径为300-700nm的前驱体颗粒；
(4)将前驱体颗粒加入异丙醇、二甲基甲酰胺(DMF)、三辛胺、乙二醇的混合溶液中，搅拌0.5h，异丙醇、DMF、三辛胺、乙二醇的体积比为1：3-5：0.005-0.01：0.002-0.009；
(5)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、异丙醇铝(C9H21AlO3)、4-4’联吡啶和丁二酮肟加入步骤(4)的溶液中，在50℃下搅拌6h，得到纺丝液，C9H21AlO3、前驱体颗粒、PVP、4-4’联吡啶、丁二酮肟的摩尔比为：1：0.5-1：0.05：0.02-0.1：0.01-0.08；
(6)在紫外灯照射下，将纺丝液静电纺丝形成前驱体纤维，处理过程是：静电纺丝时，正电压为17-20KV，负电压为0.5KV，接收距离为16-20cm，注射器推进速度为0.0005-0.003mm/s，紫外光照射距离为35cm，波长365nm，光强度为130mW/cm2；
(7)将步骤(6)的前驱体纤维在马弗炉中进行高温煅烧，处理过程是，在空气气氛下热处理的温度为650-850℃，升温速度1-5℃/min，保温时间为3-8h，得到表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，其特征是：表面细纹状一维χ-Al2O3微纳米纤维，纤维的平均直径为80-550nm。
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2023
- 2023-06-19 CN CN202310230525.3A patent/CN116446070B/zh active Active
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