靜電紡絲制備幾種聚合物-無(wú)機(jī)復(fù)合納米纖維與性能研究.pdf

1、高壓靜電紡絲技術(shù)是目前制備連續(xù)長(zhǎng)一維納米材料最簡(jiǎn)單、最有效的手段而引起研究人員的關(guān)注。靜電紡絲是目前制備直徑在幾納米連續(xù)纖維的唯一的方法。此技術(shù)可應(yīng)用于合成高聚物，天然高聚物，聚合物合金，同時(shí)在聚合物中可負(fù)載發(fā)色基團(tuán)，納米粒子、活性試劑、以及金屬或陶瓷。本世紀(jì)初，科學(xué)家就開(kāi)始利用這種手段制備無(wú)機(jī)、有機(jī)、有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合納米纖維材料。有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合納米纖維由于其優(yōu)異的性能已被廣泛地應(yīng)用于光電子器件、生物醫(yī)藥、化學(xué)(生物)防護(hù)、催化敏化、高性

2、能選擇過(guò)濾、氣體傳感器等方面。無(wú)機(jī)納米粒子(如磁性納米粒子，量子點(diǎn)等)的超順磁特性及光致發(fā)光特性等都與其尺度效應(yīng)有關(guān)，如何將這些性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)納米粒子與適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)聚合物復(fù)合，制備出性能卓越的一維納米復(fù)合材料是一個(gè)非常有意義的富有挑戰(zhàn)性課題。將無(wú)機(jī)功能納米粒子與高分子進(jìn)行復(fù)合，一方面為納米粒子提供了穩(wěn)定的化學(xué)環(huán)境，使其能較均勻地分散而不再發(fā)生團(tuán)聚，充分發(fā)揮其尺寸效應(yīng)，另一方面使高分子功能化，把無(wú)機(jī)納米粒子的功能性與高分子優(yōu)良的機(jī)械加工性能

3、有機(jī)地結(jié)合在一起，制備出功能化的聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合納米纖維。
　　 為此，本文選擇了具有良好光致發(fā)光特性的聚對(duì)苯乙炔(PPV)、透明性及力學(xué)性能良好的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)及具有良好生物相容性的聚乙烯醇(PVA)和明膠(GE)為聚合物基質(zhì)材料，以具有良好生物相容性的超順磁性的四氧化三鐵(Fe3O4)納米粒子、具有良好熒光特性的硫化鋅量子點(diǎn)(ZnS QDs)、碲化鎘量子點(diǎn)(CdTe QDs)及二氧化硅(SiO2)納米微球?yàn)闊o(wú)機(jī)

4、功能材料，利用高壓靜電紡絲技術(shù)，結(jié)合原位法及濕法混合等方法制備了多種聚合物/無(wú)機(jī)復(fù)合納米功能纖維材料，并對(duì)這些復(fù)合纖維的特性進(jìn)行了研究。
　　 (1)采用Wessling法合成出PPV電子聚合物，研究PPV前驅(qū)體噴絲溶液的配制和濃度對(duì)納米纖維形貌的影響，研究紡絲電壓、接收距離等條件和工藝參數(shù)對(duì)所得納米纖維直徑的分布及成絲質(zhì)量的影響，優(yōu)化制備非復(fù)合PPV類(lèi)電子聚合物納米級(jí)電紡纖維的工藝條件。研究PVA、PMMA和GE的最佳紡絲條件

5、，研究噴絲溶液的配制和各種成分比例對(duì)噴絲溶液的黏度和表面張力的影響，研究紡絲電壓、接收距離和紡絲溫度等條件對(duì)所得紡絲直徑分布和成絲質(zhì)量的影響。
　　 (2)選取合適的方法合成多種無(wú)機(jī)物納米粒子。在4 wt.％ PVA溶液中，采用共沉淀法合成出具有超順磁性的Fe3O4納米粒子，PVA同時(shí)做為穩(wěn)定劑和聚合物基質(zhì)材料；采用水相法合成具有熒光特性的ZnS QDs，采用溶劑熱法合成了一系列不同發(fā)射波長(zhǎng)的CdTe QDs；采用改進(jìn)的Stob

6、er法合成了SiO2納米微球等不同功能的單分散的無(wú)機(jī)物納米粒子。并選取不同性能的聚合物如PVA、GE、PPV和PMMA等聚合物與所合成的無(wú)機(jī)物納米粒子復(fù)合，采用靜電紡絲技術(shù)制備出具有PVA/Fe3O4、GE/Fe3O4、PMMA/CdTeQDs、I'PV/ZnS QDs和PVA/SiO2等不同功能的復(fù)合納米纖維。
　　 (3)利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)，高分辨透射電子顯微鏡(HR-TEM)等研究復(fù)合、非復(fù)合一維納米

7、纖維表面和內(nèi)部形態(tài)。結(jié)果表明，所得復(fù)合納米纖維具有光滑連續(xù)的表面形貌，無(wú)機(jī)納米粒子均勻地分散在纖維內(nèi)部。利用X-射線(xiàn)衍射(XRD)、熒光光譜儀(PL)、紫外可見(jiàn)光譜儀(UV-Vis)、紅外光譜儀(FT-IR)、磁學(xué)測(cè)量系統(tǒng)及熱失重分析儀(TGA)等研究無(wú)機(jī)納米粒子及復(fù)合納米纖維材料微觀(guān)結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，分析不同復(fù)合材料的成分和比例對(duì)納米纖維性能的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)e3O4納米粒子為反尖晶石結(jié)構(gòu)，磁性復(fù)合納米纖維具有較高的飽和磁強(qiáng)度，