納米纖維材料憑借其特殊的一維結構和多功能性備受關注,其中氧化物納米纖維因兼具氧化物材料的特性在各個領域有著廣泛應用。對于納米纖維的合成制備,一種效率高、適用范圍廣、工藝簡單和安全的方法在科學研究和工業(yè)應用上都尤為重要。本文基于一種具有上述優(yōu)勢的新型氣流紡絲技術,對一系列氧化物納米纖維進行了大規(guī)模制備和組裝。實現(xiàn)了在常溫和高溫條件下均具有彈性的氧化物納米纖維海綿,并對氣流紡絲制備的氧化物納米纖維材料與它們所組成的多維結構在力學、催化、隔熱、傳感、過濾和柔性電子等領域展開了諸多應用。本文具體研究內容如下:首次通過氣流紡絲法大規(guī)模地獲得了均勻且連續(xù)的TiO₂、ZrO₂、SnO₂和BaTiO₃等多種氧化物納米纖維材料。研究了氣流紡絲的工藝參數對氧化物納米纖維直徑的影響與調控方法,制備得到了直徑為35-800 nm的TiO₂納米纖維。通過設計一種多孔籠型收集裝置,得到了孔隙率達到99.7%以上,密度為8-40 mg/cm³的氧化物納米纖維組成的超輕三維海綿結構。進一... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：131 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

不同納米纖維/線、納米帶、納米管、多孔納米纖維結構的SEM照片[7-12]

電子科技大學博士學位論文2從納米纖維直徑的尺寸大小上講，狹義上直徑尺寸小于100nm的纖維稱為納米纖維；從廣義上，直徑在1μm以下的纖維也可稱為納米纖維。從材料上分類，納米纖維可分為有機納米纖維材料和無機納米纖維材料。無機納米纖維材料中又包含有氧化物陶瓷納米纖維和非氧化物陶瓷納米纖維等。不同的材料與不同的納米纖維結構，展現(xiàn)出了功能和應用的多樣性。納米纖維作為結構的基礎單元，可以進一步組裝成紗線/束（一維）、納米纖維網絡薄膜（二維）、納米纖維泡沫（三維）等不同的結構和器件。一維單根氧化物納米纖維半導體材料，可以在壓力傳感[13]、光敏器件[14]和氣體探測[15]等領域發(fā)揮重要作用。圖1-2（a）是將單根納米纖維固定在兩個金屬電極之間，來作為光響應檢測的器件結構示意圖[16]；由納米纖維組成的二維網絡結構在人造電子皮膚[17]和過濾[18]等領域也有著廣泛的應用，圖1-2（b）是Au納米管網絡薄膜，可用在電子皮膚中作為電極[19]，圖1-2（c）PAN納米纖維網絡薄膜，可以對大氣中可吸入顆粒污染物PM2.5進行過濾阻隔[20]；納米纖維組成的三維泡沫結構可以用作超輕且高強度的彈性體[21]、在隔熱阻燃[22]、藥物載體[23]、海水吸油[24]等領域發(fā)揮重要作用，圖1-2（d）演示了由SiO2納米纖維組成的超輕泡沫的耐高溫性能[25]。納米纖維材料與其組裝結構的一系列優(yōu)異性能和應用，我們將在第一章第四節(jié)中分別詳細介紹。(a)(b)(c)(d)圖1-2納米纖維組成的一維、二維、三維結構的應用。(a)光敏檢測傳感器；(b)柔性電子皮膚；(c)空氣過濾薄膜；(d)耐高溫超輕泡沫[16,19-20,25]

第一章緒論5過飽和狀態(tài)后析出形成相應的晶核，最終持續(xù)反應生長形成納米線結構。CVD方法在制備碳納米管上具有很好的優(yōu)勢，如在600-900℃條件下可以得到多壁碳納米管，在900-1200℃下可以得到單壁碳納米管[83-84]。但這一類方法的效率都較低，產量少，制備得到的纖維長徑比往往較小，工程工藝也較為復雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產。在這一節(jié)中，我們將重點介紹幾種通過熔融/溶液紡絲技術來制備微納米連續(xù)長纖維的方法，這些方法有的不僅可以適用于聚合物納米纖維的制備，也可以結合溶膠凝膠體系，通過前驅體溶液的配制，和后處理過程，來得到多種氧化物陶瓷納米纖維。1.3.1濕法和干法紡絲圖1-3（a）、（b）和（c）分別展示了熔融紡絲（Meltspinning）、濕法紡絲（Wetspinning）和干法紡絲（Dryspinning）的流程示意圖[85]。工業(yè)界中，熔融紡絲是制備微米纖維最常見的技術方法之一，但對于某些熔體溫度等于或接近其熱降解溫度的聚合物材料，熔融紡絲便不再適合。因此，需要溶解在一定的溶劑中，通過濕法紡絲或者干法紡絲來制備得到這些纖維材料。(a)(b)(c)圖1-3幾種紡絲方法流程示意圖。(a)熔融紡絲；(b)干法紡絲；(c)濕法紡絲[85]干法紡絲是一種較為方便和環(huán)保的生產方法，也已在化纖工業(yè)中得到大規(guī)模

【參考文獻】：
期刊論文
[1]PM2.5 in China:Measurements,sources,visibility and health effects,and mitigation[J]. David Y.H.Pui,Sheng-Chieh Chen,Zhili Zuo.  Particuology. 2014(02)



本文編號：3255335