静电纺丝技术制备二氧化铈纳米纤维

纳米纤维

　第29卷第6期　　　　　　　　　　长春工业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　Vol129,No.6　()静电纺丝技术制备二氧化铈纳米纤维

刘　淼1,　崔启征2,　王进贤2,　董相廷2

(1.长春市环境监测中心站,吉林长春　130022;2.长春理工大学化学与环境工程学院,吉林长春　130022)

摘　要:采用静电纺丝技术制备了PVP/Ce(NO3)3复合微米纤维,研究了反应体系的最佳组成,获得了最佳制备条件。将PVP/Ce(NO3)3复合微米纤维在600℃焙烧10h,获得了晶态CeO2纳米纤维。XRD分析表明,PVP/Ce(NO3)3复合纤维为无定型,CeO2纳米纤维为立方晶系,空间群为O5H-FM3m。SEM分析表明,PVP/Ce(NO3)3复合微米纤维表面光滑,平均直径约为1.0～2.0μm;所制备的CeO2纳米纤维的平均直径为300nm,长度大于50m。关键词:静电纺丝;制备;二氧化铈;纳米纤维中图分类号:TB34　　　　文献标识码:A:(205

Fabricationofceriatechnique

L1,I,　WANGJin2xian2,　DONGXiang2ting2

MonitorCenterofChangchunCity,Changchun130022,China;

2.SchoolofandEnvironmentalEngineering,ChangchunUniversityofScienceandTechnology,Changchun130022,China)

Abstract:PVP/Ce(NO3)3compositemicrofibersarefabricatedwithelectrospinningtechnique.Theoptimumcompositionofthereactionsystemisstudiedtogettheoptimumpreparativeconditions.Thecompositemicrofibresiscalcinatedat600℃for10htogetthecrystallineCeO2nanofibers.XRDresultsrevealthatPVP/Ce(NO3)3compositemicrofibershastheamorphousstructure,andCeO2nanofibersareincubicstructurewithspacegroupO5H-FM3m.SEManalysisindicatethatthesurfaceofPVP/Ce(NO3)3compositemicrofibersissmooth,anditsmeandiameterrangesfrom1.0μmto2.0μm.TheaveragediameterofCeO2nanofibersis300nm,anditslengthislongerthan50μm.Keywords:electrospinning;fabrication;ceria;nanofibers.

0　引　言

　　一维纳米材料的制备、结构、性质及应用研究已成为材料科学领域研究的热点之一[124]。静电纺丝技术是制备一维纳米结构材料的一种有效的新方法,广泛地应用于制备高分子纳米纤维[5]。最近,人们将该技术改进,用其制备多种无机物纳米纤维,已成为制备无机氧化物纳米纤维的主要方法之一[629]。CeO2是一种用途极广的稀土材

料,可广泛应用于发光材料、玻璃抛光剂、催化剂、电子陶瓷、紫外吸收剂等[10]。纳米化后的CeO2具有特殊的性质及应用,人们对纳米CeO2的形貌、粒径等要求也越来越高。因此,纳米CeO2的制备、功能特性和应用研究成为一个迫切需要解决的课题。CeO2纳米粒子的制备已有较多的报道,但CeO2纳米纤维的制备鲜见报道。文中采用静电纺丝技术制备了PVP/Ce(NO3)3复合微米纤维,系统地研究了制备条件,将复合微米纤维经

　　收稿日期:2008208228　　基金项目:吉林省科技发展计划基金资助项目(20060504,20040125);吉林省教育厅科技计划项目(2005109,2006JYT05)　　作者简介:刘　淼(1978-),女,汉族,吉林农安人,长春市环境监测中心站技术员,主要从事化学分析研究,E2mail:wym@ccst.

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纳米纤维

662长春工业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　　第29卷

过适当地焙烧,成功地制备了CeO2空心纳米纤

维,得到了一些有意义的结果。

1　实验过程

1.1　PVP/Ce(NO3)3复合溶胶的配制

为2℃/min,加热后样品随炉自然冷却至室温,

将样品取出放入干燥器中保存,以备测试。1.4　表征方法　　采用荷兰飞利浦分析仪器公司的PW1710BASED型X2射线衍射仪进行结构分析,采用Cu靶Ka1辐射,扫描速度3°/min,步长0.05°,工作电流30mA,电压40kV;采用日本日立公司生产的S24200型SEM和重庆COIC公司生产的XSZ2H型生物显微镜进行纤维形貌与直径分析。

　　称取一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP,AR,分子量为10000)和Ce(NO3)3 6H2O(AR),加入适量的蒸馏水,在室温下搅拌10h,然后在密闭的容器中放置5h排出气泡,即得到均一透明的PVP/Ce(NO3)3复合溶胶。

1.2　PVP/Ce(NO3)3复合微米纤维的制备　　将适量PVP/Ce(NO3)3复合溶胶注入带有针头的注射器中,针头口径为1mm,将高压直流电源正极铜线插入注射器的溶液中,调整针头与水平面的倾角约为15°,适当调节所施加的直流电压和固化距离(注射器针头尖端与收集铝薄之间的距离),在室温大于18℃,相对湿度为～60%时进行静电纺丝,1.3　2　　,置于程序,于600℃焙烧10h,升温速率

2　结果与讨论

2.1　最佳工艺条件的选择

2.1.1　PVP浓度对复合纤维形貌和直径的影响

,复合溶

,。。PVP含量,PVP含量越大,溶胶的粘度就越。配制了6种不同PVP含量(浓度为质量百分数)的复合溶胶,在其它条件一定的情况下进行纺丝,结果见表1。

表1　PVP含量对静电纺丝效果的影响

样品序号

121122123124125126

(NO3)3含量/%

121212121212

电压/kV

151515151515

固化距离/cm

202020202020

PVP含量/%

404244464850

实验现象不喷丝

纤维细,出现小珠节

效果好效果好喷丝少,纤维粗

不喷丝

　　由表1可见,PVP含量对复合纤维的形成起到非常重要的作用,含量过高(50%)或过低(40%)都不能形成复合纤维。

　　122～125号样品的光学显微镜照片如图1所示

。

(a)122(b)123

纳米纤维

第6期　　　　　　　　　　　　刘　淼,等:静电纺丝技术制备二氧化铈纳米纤维663

(c)124(d)125

图1　122～125号样品的光学显微镜照片

　　可以看出,随着复合溶胶中PVP含量的增加,制得的复合纤维的直径由0.8μm增加到1.4μm。对于低粘度(高于最低粘度)的复合溶胶,同种电荷之间的静电排斥力很容易克服粘滞力的束缚,从而分叉形成很细的复合纤维,如样品122所示;对于高粘度的复合溶胶(低于最高粘度),电场强度很难克服粘滞力的束缚,装置收集到之前,了较粗的纤维。%46%,此时制备的纤维直径分布均匀,无小珠节等

缺陷,而且生产效率较高。2.1.2　件,9个相,,实验条件及现象表2　电压对静电纺丝效果的影响

样品序号

221222223324225226227228229

PVP含量/%

464646464646464646

Ce(NO3)3含量/%

121212121212121212

固化距离/cm

202020202020202020

电压大小/kV

6912151821242730

实验现象无纤维喷出

不好,喷丝慢一般效果好效果好喷丝慢喷丝慢,溶液易固化

固化严重溶液固化,不能喷丝

　　从表2可见,电压的大小影响静电纺丝效果。总体来说,随着电压的增大,纤维直径先变小后增大。电压过小时,电场力不能克服溶液的粘滞力,因而不能形成纤维;随着电压的增大,电荷之间的排斥力随之增大,喷丝可以进一步分叉,使得纤维的直径变小;而当电压增大到某一临界值以后,若继续增大电压,同一时间内喷出的溶液就会增多,喷丝在被收集到之前分叉并不完全,因而纤维的直径反而变大;继续增大电压,纺丝速度就会低于溶液供给速度,Taylor圆锥的体积就会渐渐变大,最后固化在注射器的尖端部位,造成无法继续喷丝。因此,最佳的电压范围为15～18kV,所制

备的复合纤维直径在1.0～2.0μm。2.1.3　固化距离的影响　　固化距离也是一个重要的影响因素。当电压一定时,固化距离增大,则电场强度就会相 …… 此处隐藏：3441字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……