基于天然棉納米纖維的一維功能納米材料的制備及性能研究.pdf

1、納米材料由于具有量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)等獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì)，使其在催化、光電、傳感及涂料等方面呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值。靜電紡絲技術(shù)的出現(xiàn)，為高效的制備一維納米材料提供一片嶄新的天地，到目前為止，大量的一維納米材料的制備技術(shù)拓展到靜電紡絲領(lǐng)域。纖維素作為自然界中含量最為豐富的可再生資源，具有可自然降解性、生物相容性高、易加工等特性，在智能服裝、催化劑、環(huán)境、能源和生物支架等多個(gè)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。而靜電紡絲制備的一維納米材

2、料具有比表面積大、長(zhǎng)徑比大、結(jié)構(gòu)形貌多樣性、質(zhì)量輕、易功能化等優(yōu)點(diǎn)，能為無(wú)機(jī)功能納米材料提供一個(gè)優(yōu)良的載體，不僅能防止其團(tuán)聚、控制其尺寸分布，而且能提高納米材料的穩(wěn)定性，使無(wú)機(jī)材料在光、電、磁、催化等方面的性能得到更好的運(yùn)用，甚至有可能產(chǎn)生新的奇異功能。這種復(fù)合材料性能上相比于單一材料有很大進(jìn)步，不僅可以彌補(bǔ)單一材料性能的局限性，還可以產(chǎn)生新的性能，為材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域打開(kāi)一個(gè)新局面。
　　本論文以電紡絲技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合水熱法和RF磁控

3、濺射技術(shù)，圍繞著基于天然棉納米纖維一維功能性納米復(fù)合材料的制備和性能研究開(kāi)展了以下三部分研究工作:
　　1、天然棉纖維素/ZnO復(fù)合納米纖維的制備與性能研究
　　首先以LiCl/DMAc為溶劑，制備棉纖維紡絲液，通過(guò)靜電紡絲方法，制備出天然超細(xì)棉納米纖維。測(cè)試表明:棉纖維素溶液的濃度1.15wt％，紡絲流速為0.8ml/h，電壓為18kv，接收距離為15cm，相對(duì)濕度控制在40％以下，溫度為室溫，滾筒為300轉(zhuǎn)/min，能夠

4、得到尺寸均勻，分散較好、成膜較少等超細(xì)棉納米纖維;考慮到棉纖維可紡的特殊性，對(duì)工藝裝置在防止靜電干擾和纖維在溶解成膜方面進(jìn)行了改進(jìn)，使其更加適合靜電紡絲制備天然超細(xì)棉納米纖維，拓展棉纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。由于靜電紡絲制備的超細(xì)棉納米纖維具有比表面積大、表面多羥基、易改性等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)結(jié)合水熱合成方法，在超細(xì)棉纖維表面成功制備了排列規(guī)整ZnO納米棒陣列，研究了不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)復(fù)合纖維形貌和結(jié)構(gòu)的影響，并著重研究了不同水熱反應(yīng)時(shí)間復(fù)合材料對(duì)紫外吸收、

5、熒光發(fā)光性能的影響。
　　2、天然棉纖維素/ZnO/ZnS復(fù)合納米纖維的制備與性能研究
　　以棉纖維/ZnO納米棒陣列復(fù)合纖維為模板，通過(guò)水熱合成方法，成功制備出棉纖維/ZnO/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米纖維。通過(guò)SEM、XRD、EDS、TEM、UV對(duì)復(fù)合纖維的形貌、結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。測(cè)試結(jié)果表明:可以通過(guò)調(diào)節(jié)硫代乙酰胺(TAA)溶液的濃度來(lái)控制ZnO表面負(fù)載的ZnS納米顆粒的大小和殼層的厚度，并表現(xiàn)出良好的分散性和均勻

6、性。光催化產(chǎn)H2實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)TAA濃度為0.75mM時(shí)，光催化產(chǎn)H2的效率為445umol·g-1·h-1，是CC/ZnO產(chǎn)H2效率的6.2倍。CC/ZnO/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合納米纖維中的n-p異質(zhì)結(jié)為光催化產(chǎn)H2最為關(guān)鍵的因素，能夠增大比表面積，增強(qiáng)光吸收以及光生載流子的產(chǎn)量和壽命。
　　3、天然棉纖維素/TiO2復(fù)合納米纖維的制備與性能研究
　　首先通過(guò)靜電紡絲的方法制備尺寸均勻的超細(xì)棉納米纖維為柔性襯底，然后通過(guò)R

7、F磁控濺射在棉納米纖維表面沉積TiO2功能納米薄膜，研究不同濺射時(shí)間、濺射功率、濺射氣壓對(duì)TiO2薄膜表面形貌、結(jié)構(gòu)的影響，并著重研究了不同濺射功率對(duì)紫外-漫反射吸收性能的影響。通過(guò)SEM、EDX、IR、TEM、UV等測(cè)試手段對(duì)樣品進(jìn)行了表征。測(cè)試結(jié)果表明:通過(guò)用RF磁控濺射的方法，能在棉納米纖維表面沉積一層連續(xù)而致密的TiO2功能性薄膜，隨著濺射時(shí)間、濺射功率與濺射氣壓的變化，薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)的變化。UV測(cè)試表明，隨著濺射