静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展
静电纺丝技术制备纳米纤维膜相关研究进展

静电纺丝技术制备纳米纤维膜相关研究进展静电纺丝技术是一种基于静电吸引原理制备纳米纤维膜的方法,近年来得到了广泛的关注和研究。
它能够将聚合物溶液通过高压电场形成纤维,并沉积在基板上制备出纳米纤维膜。
由于其简单、低成本、高效率等优点,静电纺丝技术在许多领域,如材料科学、纺织工程、生物医学等方面都得到了广泛的应用和发展。
在静电纺丝技术制备纳米纤维膜方面,研究人员主要集中在改进纺丝设备和优化纺丝工艺、探索新型纺丝材料、功能化纳米纤维膜的制备以及应用等方面。
这些研究进展为纳米纤维膜的制备提供了许多新的途径和可能性。
首先,纺丝设备及工艺的改进是静电纺丝技术发展的关键。
目前的静电纺丝装置通常采用高压发生器和喷嘴构成,但存在纤维直径分布不均匀、纤维动态不稳定等问题。
为了克服这些问题,研究人员通过改变电场设置和流体控制来实现纺丝参数的调节,如电压、喷嘴直径、溶液浓度等,以改善纤维的均匀性和稳定性。
此外,研究人员还尝试使用旋转喷嘴、多孔板等新型装置,以进一步提高纺丝效果。
其次,纺丝材料的选择和改进也对纳米纤维膜的制备至关重要。
传统上,聚合物是纺丝材料的主要选择,如聚丙烯、聚乳酸等。
近年来,研究人员还开始尝试使用天然聚合物、无机纳米颗粒和功能性添加剂等作为纺丝材料,以获得具有特殊性能的纳米纤维膜。
例如,天然聚合物纳米纤维膜具有优异的生物相容性和可降解性,在医学领域有很大的应用潜力。
此外,纳米纤维膜的功能化制备也是当前研究的热点之一。
通过添加纳米颗粒、导电材料、抗菌剂等,可以使纳米纤维膜具备光催化、导电、抗菌等特殊功能。
例如,加入二氧化钛纳米颗粒的聚丙烯纳米纤维膜在光催化降解有机污染物方面显示出良好的性能。
此外,添加导电剂可以赋予纳米纤维膜导电性能,拓展其在传感器、光电器件等领域的应用。
纳米纤维膜在许多领域中具有广泛的应用前景。
在过滤分离领域,纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙度,可以用于气体过滤、水处理等。
此外,纳米纤维膜的高比表面积和纤维间的微米级孔隙结构也使其在能量储存和催化领域有着重要的应用。
静电纺丝制备纳米纤维的研究进展

静电纺丝制备纳米纤维的研究进展近年来,随着纳米技术的快速发展,纳米材料的应用领域也越来越广泛,其中纳米纤维作为一种新型材料备受关注。
静电纺丝技术作为一种制备纳米纤维的有效方法,其应用范围也越来越广泛。
本文将介绍静电纺丝制备纳米纤维的研究进展。
1. 静电纺丝技术概述静电纺丝技术是一种利用静电场将高分子材料制备成纳米纤维的方法。
该技术具有工艺简单、操作方便、成本低、制备纤维直径可调等优点。
静电纺丝技术离不开两个基本元素:溶液和电场。
高分子材料被溶解在溶液中,经过特定的处理后,在电场的作用下开始拉伸,形成纳米直径的纤维。
2. 静电纺丝技术的优缺点静电纺丝技术在制备纳米纤维方面具有以下优点:①纳米纤维可以制备成连续的纤维丝,其长度可达数百米以上,比传统制备方法的纤维连续性更好;②纳米纤维直径可在10纳米至数微米之间调节;③制备成纳米纤维的材料具有极高的比表面积和孔隙度,这些特性使得其在耐热性、膜分离、天然气储存等方面具有广泛的应用前景。
但是,静电纺丝技术也存在一些缺点:①纤维纳米化会导致纤维的拉伸力和断裂十分容易,因此在制备过程中需要控制拉伸度,避免出现纤维过于脆弱导致纤维丝断裂;②由于溶剂挥发以及电场造成的电荷分布不均,容易导致制备的纳米材料出现不均匀性和不稳定性。
3. 静电纺丝技术的进展目前,在静电纺丝技术领域已有许多研究成果。
例如,在制备金属氧化物、生物纳米纤维、纳米复合材料、药物等方面都有广泛的应用。
例如,学者们在制备PCL(聚己内酯)纳米纤维过程中,将X射线光谱法和原子力显微镜(AFM)技术结合,探究了纤维的结构、力学性能和表面形貌等。
研究结果表明,纤维直径的变化可以显著改变材料的力学性能。
在另一项研究中,学者们使用静电纺丝技术制备出药物包被的聚乳酸(PLA)纳米纤维,实现了药物的缓慢释放,有望在医药领域得到应用。
4. 静电纺丝技术未来发展随着人们对纳米材料需求的增加,静电纺丝技术的应用前景也越来越广阔。
静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展

第29卷第6期2016年12月大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGEYol .29 No .6Dec .2016文章编号:1007-2934(2016)06-0022-08静电纺丝法制备纳米纤维及其应用进展王翠平,叶柳,李爱侠,张子云,戴鹏(安徽大学,安徽合肥230601)摘要:静电纺丝技术是采用物理方法制备一维采用纳米纤维的有效方法,它在大规模制备有序的、复杂的一维纳米材料方面具有很强优势。
除了制备一维纤维材料外,电纺丝技术还用于制备二维和 三维多孔结构的材料。
本文分为三部分,首先介绍了静电纺丝技术的原理和方法;然后综述了静电纺丝 技术在制备一维材料方面的研究进展,最后列举了静电纺丝技术在生物工程领域的应用。
关键词:静电纺丝;三维纳米结构;组织工程中图分类号:0 4-33 文献标志码:A D 〇l:10.14139/22-1228.2016.006.006近年来一维纳米结构(如纳米管,纳米棒,纳 米带等)材料因为其独特的性能(如,具有很大的 长径比和比表面积,具有表面尺寸效应,超顺磁性 等)在许多领域(如传感器,太阳能电池和纳米谐 振器等)得到了应用[1-5]。
一维的纳米电子器件 还具有检测灵敏度高,小尺寸效应和线栅偏振效 应等特性成为目前纳米电子学研宄的热点之一。
很多材料比如贵金属材料(金、银、铂等),高分子 (聚苯胺、聚吡珞,聚乙烯醇等),陶瓷(如BaTi 〇3,Li2Nb 〇3),以及生物大分子等都被制成低维纳米材料,应用于各种新型器件及新的性能研究。
因 此,近年来人们不断探索各种方法用于制备一维 纳米材料,其中静电纺丝技术以其特有的优势,成 为研究的热点。
静电纺丝法早在上世纪三十年代 就由一位美国人提出的,是目前可以连续大量制 备微纳米纤维的有效方法,可以制备直径在在几 十纳米到几个毫米之间纤维材料。
1静电纺丝技术的原理近年来的研究已经证实,静电纺丝技术一般 来说包括三个步骤:(1)流体溶液喷射出来,沿着 直线方向延伸;(2)随着电动弯曲不稳定性的增 长,喷射流将会发生一定程度上的分化或分裂; (3)喷射流凝固成纳米纤维,并沉积在收集器上。
静电纺纳米纤维的研究及应用进展

静电纺纳米纤维的研究及应用进展摘要:简述了静电纺丝基本原理及纺丝过程中射流存在的几种不稳定性形式;探讨了静电纺丝制备纳米纤维的主要影响因素。
回顾了静电纺丝的发展历程,介绍了纳米纤维在电子器件、生物医学领域、滤材、防护服用材料纤维增强复合材料及传感器知膜等方面的应用。
指出静电纺纳米纤维性能优异、应用广泛、应用于生物医学领域是研发热点,必将进一步产业化。
20世纪90年代后期,对于纳米纤维制备及应用的研究达到高潮,开发了一系列制备聚合物纳米纤维的方法,如纺丝、模版合成法、相分离法、自组装法以及静电纺丝法等。
与上述方法比,静电纺制备聚合物纳米纤维具有设备简单、操作容易以及高效等特点,因此它被认为是制备聚合物连续纳米纤维最有效的方法。
一、静电纺丝技术1、静电纺丝基本原理静电纺丝法即喷射静电拉伸纺丝法,与传统方法截然不同。
首先将聚合物溶液或熔体带上几千万上万伏高压静电,带电的聚合物液滴在电场力的作用下毛细管的Taylor锥顶点被加速。
当电场力足够大时,聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。
细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化,最终落在接收装置上,形成类似非织造布状的纤维毡。
在静电纺丝过程中,液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中,因此,当射流从毛细管末端向接收装置运动时,都会出现加速现象,从而导致了射流在电场中的拉伸。
2、静电纺丝中射流的不稳定性不稳定性是一种所谓的传递现象,即导致流动不稳定性的每一种模式可能起源于某一扰动或涨落,它会随时间以不同速率而扩大。
静电纺丝中有3种不稳定性,第一种是黏性不稳定性,主要是毛细力与黏性力的作用引起的。
另外两种不稳定性是电的本质引起的。
其一为轴对称的曲张不稳定性,即表面电荷密度在切向电场中受到的力而引起,这种力与粘度协调作用引起丝的轴对称形变和流动;其二为非轴对称的弯曲不稳定性,即流体的偶极和电荷发生涨落,在电场中轴的法向上受力产生弯曲。
静电纺射流可能表现出某一种或多种不同的不稳定性模式,取决于射流速度、半径和表面电荷密度等基本参数。
静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展

静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展许菲菲1,蔡志江1,2*(1. 天津工业大学纺织学部,天津300387;2. 先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津工业大学,天津300387)摘要:聚苯胺(PANi)主链上电子高度离域,掺杂后导电性能好,是优良的结构型导电聚合物。
PANi纳米纤维比表面积大,容易获得更高的导电性。
本文综合论述了近年来国内外采用静电纺丝方法制备PANi及其复合纳米纤维的研究进展,重点介绍了纯PANi纳米纤维以及PANi/聚环氧乙烷(PEO)、PANi/聚丙烯腈(PAN)、PANi/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PANi/聚乳酸(PLA)等复合纳米纤维的制备工艺及纤维特性,简单概述了PANi及其复合纳米纤维在电池隔膜、过滤、传感器、电磁屏蔽材料及吸波材料等方面的应用,并对其发展趋势进行展望。
关键词:静电纺丝;聚苯胺;导电聚合物;纳米纤维引言PANi是一种高分子合成材料,俗称导电塑料。
其导电性堪比金属,又兼具塑料的可加工性和优异的化学稳定性,成为导电高分子研究的热点[1]。
因其单体原料易得、合成操作简单、具有较高的可调电导率和潜在的溶解、熔融加工性,在防腐蚀涂料、抗静电和电磁屏蔽材料、特殊分离膜、传感器等领域具有广泛的应用前景[2]。
静电纺丝是近年发展起来用于制备纳米纤维的一种有效的技术[3]。
纺丝过程主要是聚合物的溶液或熔体在高压电场中受静电力的拉伸产生高分子射流,再通过到达收集装置前的鞭动而获得高度取向的微-纳米级纤维。
本文主要针对近年来国内外静电纺丝法制备PANi及其复合导电纳米纤维的研究现状进行综合评述,并对其前景做出了展望。
1 PANi的结构、掺杂原理及溶解性能导电高分子PANi中含π-π共轭结构,经化学或电化学“掺杂”可使其由绝缘体转化为导体或半导体。
经苯胺单体(ANI)聚合而成的PANi是苯式-醌式结构单元交替共存的模型[4],如图1所示。
质子酸掺杂使PANi产生导电性,主要是掺杂的质子酸分解产生的H+和对阴离子(如Cl-、SO42-、有机质子酸酸根等)进入醌亚胺结构单元的N原子上,然后在分子内氧化还原,形成极子和双极子离域到整个分子链的π键中,从而使聚苯胺呈现较高的导电性。
利用静电纺丝制备导电纳米纤维的研究进展

利用静电纺丝制备导电纳米纤维的研究进展严涛海;时雅菁;郑焰英;王建刚【摘要】静电纺丝是制备超细长丝的有效、便捷技术,制备的导电纳米纤维具有纳米至微米结构形态特征、高比表面积、良好的导电性能,为新型导电材料的设计研究提供了广阔的应用空间,受到基础科学和应用领域专家的兴趣和重视.利用静电纺技术制备导电纳米纤维的原料成分主要有导电高分子聚合物、纳米碳基材料、金属化合物及复合型材料,较多的应用于传感器、超级电容器和光伏电源等领域,是静电纺研究的热点.文中概述了静电纺导电纳米纤维的分类、制备方法和结构性能,并展望了静电纺导电纳米纤维的研究前景.%Electrospinning is an effective and convenient preparation technology to prepare the ultrafine filament.The prepared conductive nanofiber has many advantages such as nano-to-micro structure morphology,high specific surface area and good electrical conductivity,which provides a broad application space for design and research of new type of conductive materials and attracts interests and attention from experts of basic science and application fields.The main raw material components of such fiber include conductivepolymer,nanocarbon-based materials,metallic compounds and composites,which are widely reported in the applications of sensors,super capacitors and photovoltaic power and other fields,and it is the hot issue of the electrospinning research.The classification,conductive mechanism,preparation methods and structure performance of the electrospinning conductive nanofiber were introduced and its prospect was put forward.【期刊名称】《成都纺织高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】5页(P186-190)【关键词】静电纺;导电纳米纤维;聚苯胺;纳米碳基材料;高聚物【作者】严涛海;时雅菁;郑焰英;王建刚【作者单位】闽江学院服装与艺术工程学院,福建福州 350121;闽江学院服装与艺术工程学院,福建福州 350121;闽江学院服装与艺术工程学院,福建福州 350121;闽江学院服装与艺术工程学院,福建福州 350121【正文语种】中文【中图分类】TS102静电纺是一种制备有机和无机聚合物纳米纤维的有效手段,可以制备直径从微米级到纳米级的复合超细连续纤维。
静电纺丝制备纳米纤维的进展及应用

米材料。
通 讯联 系人 。
场强度增加到临界值时 , 半球状液滴会转变为锥 形, 这一带电的锥体称为 Ty r al 锥。进一步增加 o 电场强度, 带电射流会从 Ty r al 锥尖喷射出来 , o 放
不能制 备连 续 的纳 米 纤维 , 量 太 小 。 自组 装 法 产 是利用 分子 间的 相互 作 用 力 , 已有 的 组 分 自发 将 地组 装 成具有 某种 形 貌 或 功能 的纳米 材 料 , 可 但 控性较差 。静 电 纺丝 法 是 目前 唯 一 能够 直 接 、 连 续 制备 聚合物 纳米纤 维 的方 法 。 1 静 电纺丝 的基本原 理 静 电纺丝 装 置主要 由 以下 3部 分 组 成 : 压 高 影 响静 电纺丝纤 维成形 的 因素主要 包含 3个
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第3 0卷 第 3期
20 0 7年 6月
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静 电纺 丝 制备 纳 米 纤维 的进 展及 应 用
在前驱体静电纺丝纳米纤维的应用过滤材料用静电纺丝法制备的纳米纤维较常规过滤材料大大提高纤维过滤毡与常规纤维过滤毡相比能提高协以上的颗粒林的颗粒对人体的危害也很大致癌物往往吸附在这些小颗粒上材则可以有效地过滤掉这些小颗粒公司已经制造出偏氟乙二烯为支撑基材体微滤膜和液体微滤膜组件不仅提高了其过滤性能且环境适应范围广物浓度适应范围宽生物医用功能材料静电纺丝纤维由于具有狼好的生物相容性和结构相容性物释放等用静电纺丝方法制备出可降解的聚醋型聚氨醋纳米纤维支架培养结果表明纺丝支架上容性很好的表面活性剂阴离子聚乳酸溶液中进行静电纺丝物聚合物纤维表面光滑放试验采用蛋白酶分解中释放出来物可从载药的纤维毡中持续传感器材料传感膜的灵敏度与每单位质量膜的表面积成正比其过滤效率如同样质量的超微细其过滤效率国内外现有的过滤材料只能净化而直径小于林特别是如二嗯英这种一
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究

静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究随着科学技术的发展,纳米材料已经成为了一个重要的研究领域。
而其中,纳米纤维材料的制备技术也成为了纳米科技研究中的一个重要领域。
静电纺丝技术作为一种先进的纳米纤维材料制备技术,其制备的纳米纤维材料广泛应用在各个领域,如生物医学、环境保护和能源材料等领域。
一、静电纺丝技术的原理与过程静电纺丝技术是利用静电力和表面张力将高分子溶液或熔融物在高电场下的电荷作用下进行拉丝成纤维。
在高电场下,液体表面张力对于电场的效应会产生剥离力,而相互作用较弱的分子会在电场力的作用下被拉伸成纤维形状,产生纳米纤维材料。
静电纺丝技术的整个过程包括物料预处理、电极设计、高电压电场设置、喷丝电极喷液和纤维成形过程。
通常情况下,静电纺丝技术需要一个能够提供高电压的电源和一个线圈,以及能够喷液的电极。
液体从电极中喷出,并在电场的作用下生成纳米纤维材料。
静电纺丝技术的优点在于:可以制备高比表面积、高孔隙率和高表面活性的纳米纤维膜,可以用于材料性能的调整和优化。
二、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在生物医学中的应用1. 纳米纤维支架静电纺丝技术制备的纳米纤维支架被广泛应用于人工血管、人造骨的制备等领域。
纳米纤维支架具有良好的生物相容性和力学性能,能够促进细胞分裂和细胞增殖,从而促进组织生长和恢复。
2. 组织构建材料静电纺丝技术能够制备出精细的纳米纤维纺织品,这些纳米纤维纺织品可以被用于构建人工组织、生物芯片等生物医学领域的应用。
三、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在环境保护中的应用1. 空气净化材料利用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以被应用于空气污染治理中。
通过建立一些纤维过滤织物,可以有效地实现对空气中挥发性有机物(VOCs)和颗粒物的过滤和除去,达到净化空气和改善空气质量的目的。
2. 水净化材料静电纺丝技术可以制备出超细的纳米纤维膜,这些膜可以被广泛应用于水净化中。
纳米纤维膜的微孔结构可以有效地过滤水中的大分子杂质和细菌等微生物,从而得到更清洁、更安全的水源。
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静电纺丝制备聚苯胺及其复合导电纳米纤维的研究进展许菲菲1,蔡志江1,2*(1. 天津工业大学纺织学部,天津300387;2. 先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津工业大学,天津300387)摘要:聚苯胺(PANi)主链上电子高度离域,掺杂后导电性能好,是优良的结构型导电聚合物。
PANi纳米纤维比表面积大,容易获得更高的导电性。
本文综合论述了近年来国内外采用静电纺丝方法制备PANi及其复合纳米纤维的研究进展,重点介绍了纯PANi纳米纤维以及PANi/聚环氧乙烷(PEO)、PANi/聚丙烯腈(PAN)、PANi/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PANi/聚乳酸(PLA)等复合纳米纤维的制备工艺及纤维特性,简单概述了PANi及其复合纳米纤维在电池隔膜、过滤、传感器、电磁屏蔽材料及吸波材料等方面的应用,并对其发展趋势进行展望。
关键词:静电纺丝;聚苯胺;导电聚合物;纳米纤维引言PANi是一种高分子合成材料,俗称导电塑料。
其导电性堪比金属,又兼具塑料的可加工性和优异的化学稳定性,成为导电高分子研究的热点[1]。
因其单体原料易得、合成操作简单、具有较高的可调电导率和潜在的溶解、熔融加工性,在防腐蚀涂料、抗静电和电磁屏蔽材料、特殊分离膜、传感器等领域具有广泛的应用前景[2]。
静电纺丝是近年发展起来用于制备纳米纤维的一种有效的技术[3]。
纺丝过程主要是聚合物的溶液或熔体在高压电场中受静电力的拉伸产生高分子射流,再通过到达收集装置前的鞭动而获得高度取向的微-纳米级纤维。
本文主要针对近年来国内外静电纺丝法制备PANi及其复合导电纳米纤维的研究现状进行综合评述,并对其前景做出了展望。
1 PANi的结构、掺杂原理及溶解性能导电高分子PANi中含π-π共轭结构,经化学或电化学“掺杂”可使其由绝缘体转化为导体或半导体。
经苯胺单体(ANI)聚合而成的PANi是苯式-醌式结构单元交替共存的模型[4],如图1所示。
质子酸掺杂使PANi产生导电性,主要是掺杂的质子酸分解产生的H+和对阴离子(如Cl-、SO42-、有机质子酸酸根等)进入醌亚胺结构单元的N原子上,然后在分子内氧化还原,形成极子和双极子离域到整个分子链的π键中,从而使聚苯胺呈现较高的导电性。
收稿:2013-11-08;修回:2014-01-10;PANi 链上醌式环与苯式环之比为1:3时,掺杂后导电性最好[5]。
质子酸掺杂导电原理如图2所示。
NH NHy N N 1-y n图1 本征态聚苯胺结构(0≤y ≤1)Figure 1 The structure of eigenstate polyaniline (0≤y ≤1)NH NH N N质子酸掺杂NH NH N N HH R R内部氧化还原NH NH N NHH R R双极化子均布N NH N NHH HR R图2 聚苯胺质子酸掺杂原理 Figure 2 Protonic acid doping principle of polyaniline本征态PANi 分子链刚性大且链间相互作用强,溶解性极差。
通过结构修饰(衍生物、接枝、共聚)、掺杂诱导、聚合和复合等方法可以获得可溶性的导电PANi 。
匡汀[6]等用化学氧化聚合法及乳液聚合法得到了用浓盐酸(HCl)和十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂的本征态PANi ,并测试了它们在不同溶剂中的溶解性。
具体参数如表1所示。
表 1 PANi 在不同溶剂中的溶解率Table 1 Dissolution rate of PANi in different solvents溶剂溶解率%溶液颜色 PANi-HClPANi-DBSAN-甲基吡咯烷酮(NMP)85.1 93.4 深蓝色二甲亚砜(DMSO)58.3 69.2 深蓝色二甲基甲酰胺(DMF)35.0 56.1 深蓝色四氯化碳(CCl4)9.5 16.8 深蓝色三氯甲烷(CHCl3)8.4 12.5 棕褐色甲苯基本不溶 3.2 棕褐色由表1可知,NMP是本征态PANI的最好溶剂,对比两种掺杂酸及合成方式,用DBSA 掺杂的乳液聚合法明显提高了PANi的溶解性,DMF作溶剂时效果最为明显,提高了21.1%。
2 PANi纳米纤维的制备2.1 静电纺丝制备纯PANi纳米纤维Shahi[7]等以ANI为单体、以过硫酸铵(APS)为引发剂采用化学氧化聚合法制备了掺杂态PANi,再用氨水脱掺杂得到本征态PANi,将其溶解于NMP中进行静电纺丝,但得到的不是纤维而是PANi纳米粒子。
可能是因为纺丝液的黏度太低,表面张力较小,无法在电场力的拉伸作用下形成连续纤维,而崩裂成纳米粒子。
Yu[8]等将HCl和硫酸(H2SO4)掺杂的PANi溶于热H2SO4溶液中,进行静电纺丝,以稀H2SO4凝固浴作为接受电极,制备了均匀的PANi纳米纤维。
纤维平均直径约为370nm,电导率可达52.9s/cm。
纳米纤维的形态和导电性主要受凝固浴中H2SO4浓度、PANi浓度、掺杂酸类型以及纺丝电压等因素的影响。
凝固浴中的H2SO4浓度从15%减小到0%,纳米纤维表面由多孔变得光滑。
凝固浴中PANi浓度为10.6%时,PANi纤维较短,形似小蝌蚪;浓度增至11.5%,纤维变长,但仍为珠串状;浓度达到14.0%时,纤维呈连续的条带状,当浓度达到17.9%时,纤维变短而粗,直径很不均匀。
HCl掺杂PANi纤维表面有许多不同尺寸的三角形状孔,H2SO4掺杂所得到的纤维纵向具有深槽。
Zhang[9]等用樟脑磺酸(HCSA)掺杂的PANi与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于DMF,通过同轴静电纺技术制备了连续稳定的PANi/PMMA核-壳形态的复合纳米纤维,再用异丙醇除去壳组分PMMA,得到纯PANi纳米纤维,纤维直径从1440±200nm下降至620±160nm。
实验还发现PANi纳米纤维的电导率高达130±40S/cm,且随分子的取向提高而增加。
2.2 静电纺丝方法制备PANi复合纳米纤维2.2.1 PANi/PEO复合纳米纤维由于纯的PANi通过静电纺丝获得状态稳定且连续的纤维较为困难,而且,所制备的纳米纤维脆性较大,严重限制其应用。
加入PEO可提高其可纺性并改善纤维的柔韧性。
Li[10]等将HCSA掺杂的PANi与PEO溶于CHCl3中通过静电纺丝制备了PANi/PEO复合纳米纤维。
实验中发现当PEO浓度为0.02wt%时,样品形态为“串珠”,而不是纳米纤维;PEO浓度达到0.08wt%时,可形成纳米纤维,但直径分布非常不均匀;PEO浓度为0.10wt%时,纳米纤维稳定,平均直径约520nm;PEO浓度0.15wt%时,纳米纤维平均直径约670nm,且纤维直径分布更均匀但电导率下降。
这种PANi/PEO复合纳米纤维可用作气体传感器来检测氨气,较传统传感器的反应时间短约6秒,暴露在空气中能在6分钟内恢复,可反复使用。
Neubert[11]等将HCSA掺杂的PANi和PEO溶于CHCl3,采用静电纺丝和静电喷雾相结合的方法,制备出二氧化钛(TiO2)/PANi/PEO复合纳米纤维膜。
研究结果表明:TiO2纳米粒子沉积在纳米纤维表面,TiO2在纳米纤维表面上的吸附和分散程度依赖于溶液中PANi的质量百分数。
当PANi含量为12%时,制得的复合纳米纤维直径更均匀,平均直径为987±179nm,导电率更高且有利于TiO2纳米粒子的分散。
TiO2纳米粒子的加入使纤维具有光催化活性,并提高其吸附净化能力。
这种复合纳米纤维去除污毒物2-氯乙基苯基硫醚(CEPS)效果显著,可用于制造高性能的催化过滤膜。
Sundaray[12]等将PANi、PEO和单壁碳纳米管(SWNTs)混合溶于CHCl3中,采用静电纺丝制备了PANi/PEO/SWNTs复合纳米纤维。
实验发现,SWNTs在复合纳米纤维内部可对齐生长,还可以提高PANi的电导率。
SWNTs的质量分数为11.9%时,复合纳米纤维的导电率增长幅度近四阶,达 1.2S/cm,纤维直径在331.6±12.5nm,不同温度下的电导率可以与热波动引起的隧穿模型很好地拟合。
PANi/PEO/SWNTs复合纳米纤维可用于高效的电池电极和电磁干扰(EMI)屏蔽材料。
Sun[13]等将PEO、HCSA掺杂的PANi与多壁碳纳米管(MWNTs)混合溶于CHCl3中,利用静电纺丝制备了PANi/PEO/MWNTs复合纳米纤维。
通过直接氟化法对表面进行改性可使MWNTs在PANi纳米纤维中的分散性和粘合性得到增强,MWNTs的加入可以提高电纺纤维的导电性和吸波性,导电率可达到4.8×103S/m。
氟化处理能促进纳米纤维和MWNTs之间的电子供体-受体反应,从而提高电磁干扰的屏蔽效率,这种PANi/PEO/MWNTs复合纳米纤维可应用在电磁干扰(EMI)屏蔽材料。
2.2.2 PANi/PAN复合纳米纤维PAN除了改善纺丝液的粘度,提高其可纺性,还在复合纳米纤维中起到增强作用,或者作为核-壳结构中的核芯材料,为ANI的聚合提供附着点。
曹铁平[14]等以PAN和ANI为原料混溶于DMF,以过硫酸胺(APS)为氧化剂,采用低温聚合和静电纺丝相结合的技术,制备了直径约500nm的PANi/PAN复合纳米纤维。
研究结果表明聚合后的纤维表面出现细小颗粒,如图3所示,粗糙程度随着ANI质量分数的增大而提高,但颗粒分布均匀。
PANi/PAN复合纳米纤维的电导率与ANI含量有关,ANI为8wt%时,电导率为10-6S/cm,ANI为13wt%时,电导率10-3S/cm,ANI增加到18wt%,电导率为10-2S/cm,此后不再明显改变。
这种PANi/PAN复合纳米纤维在导电功能材料、静电屏蔽材料等领域有广阔的应用前景。
图3 (a) 聚合前纤维形貌;(b) 聚合后纤维形貌Figure 3Fiber morphology(a) before polymerization; (b) after polymerizationWang[15]等利用静电纺丝技术结合气相聚合,制备了金掺杂的PANi/PAN核-壳结构复合纳米纤维。
首先将PAN和氯金酸(HAuCl4)溶于DMF溶液中静电纺丝成PAN核纳米纤维,再将其转移到SiO2晶圆上,60℃下气相聚合PANi形成外壳。
研究发现PAN核纳米纤维表面光滑,直径范围100-150nm,聚合之后的核-壳纤维直径约170-200nm。
应用这种金掺杂的PANi/PAN核-壳结构复合纳米纤维可以制备出重量轻、具有可调传输性质和机械灵活性的有机场效应晶体管(OFETs),场效应迁移率高达11.6cm2⋅V-1⋅s-1,显著高于其它PANi基有机系统的最高值。