專(zhuān)利名稱(chēng)：一種制備硫化鎳納米纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種制備硫化鎳納米纖維的方法。
背景技術(shù)：
納米纖維是指在材料的三維空間尺度上有兩維處于納米尺度的線(xiàn)狀材料，通常徑向尺度為納米量級(jí)，而長(zhǎng)度則較大。由于納米纖維的徑向尺度小到納米量級(jí)，顯示出一系列特性，最突出的是比表面積大，從而其表面能和活性增大，進(jìn)而產(chǎn)生小尺寸效應(yīng)、表面或界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等，并因此表現(xiàn)出一系列化學(xué)、物理(熱、光、聲、 電、磁等)方面的特異性。在現(xiàn)有技術(shù)中，有很多制備納米纖維的方法，例如抽絲法、模板合成法、分相法以及自組裝法等。此外，還有電弧蒸發(fā)法，激光高溫?zé)品?，化合物熱解法。這三種方法實(shí)際上都是在高溫下使化合物(或單質(zhì))蒸發(fā)后，經(jīng)熱解(或直接冷凝)制得納米纖維或納米管，從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，都屬于化合物蒸汽沉積法。硫化鎳NiS是一種重要的功能材料，廣泛應(yīng)用于光催化、紅外探測(cè)、太陽(yáng)能存儲(chǔ)、 光敏材料等領(lǐng)域。目前，已經(jīng)采用水熱法、溶劑熱法等制備了硫化鎳單晶納米棒、納米球、納米帶、納米粒子、海膽狀納米結(jié)構(gòu)、分層康乃馨結(jié)構(gòu)、花狀納米結(jié)構(gòu)等納米材料。硫化鎳納米纖維是一種重要的新型功能材料，將具有重要的應(yīng)用前景。目前未見(jiàn)采用靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合制備N(xiāo)iS納米纖維的報(bào)道。專(zhuān)利號(hào)為1975504的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一項(xiàng)有關(guān)靜電紡絲方法(electrospinning) 的技術(shù)方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長(zhǎng)度的微納米纖維的一種有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來(lái)制備高分子納米纖維,其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場(chǎng)中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌?，從而?shí)現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10年來(lái)，在無(wú)機(jī)纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無(wú)機(jī)化合物如氧化物納米纖維的技術(shù)方案，所述的氧化物包括 TiO2、ZrO2、Y2O3、Y2O3: RE3+(RE3+ = Eu3\Tb3\Er3\Yb3+/Er3+)、 NiO、Co304、Mn203、Mn304、Cu0、SiO2、Al2O3、V205、Zn0、Nb2O5、Mo03、CeO2、LaMO3 (M = Fe、Cr、Mn、Co、 Ni、Al)、Y3Al5012、La2Zr207等金屬氧化物和金屬?gòu)?fù)合氧化物。王進(jìn)賢等采用靜電紡絲技術(shù)制備了稀土氟化物/稀土氟氧化物復(fù)合納米纖維(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?00810050959. O)。 靜電紡絲方法能夠連續(xù)制備大長(zhǎng)徑比微米纖維或者納米纖維。目前，未見(jiàn)采用靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合制備N(xiāo)iS納米纖維的報(bào)道。利用靜電紡絲技術(shù)制備納米材料時(shí)，原料的種類(lèi)、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過(guò)程參數(shù)和熱處理工藝對(duì)最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明先采用靜電紡絲技術(shù)，以六水合硝酸鎳Ni (NO3)2 ·6Η20為原料，加入溶劑Ν，Ν- 二甲基甲酰胺DMF 和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液后進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下， 制備出PVP/Ni (NO3)2原始納米纖維，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到氧化鎳NiO納米纖維， 再以二硫化碳CS2為硫化劑進(jìn)行硫化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的NiS納米纖維。

發(fā)明內(nèi)容
在背景技術(shù)中的各種制備納米纖維的方法中，抽絲法的缺點(diǎn)是對(duì)溶液粘度要求太苛刻；模板合成法的缺點(diǎn)是不能制備根根分離的連續(xù)纖維；分相法與自組裝法生產(chǎn)效率都比較低；而化合物蒸汽沉積法由于對(duì)高溫的需求，所以工藝條件難以控制，并且，上述幾種方法制備的納米纖維長(zhǎng)徑比小。
背景技術(shù)：
中的使用靜電紡絲技術(shù)制備了金屬氧化物、金屬?gòu)?fù)合氧化物納米纖維和稀土氟化物/稀土氟氧化物復(fù)合納米纖維?，F(xiàn)有技術(shù)采用水熱法、 溶劑熱法等制備了硫化鎳單晶納米棒、納米球、納米帶、納米粒子、海膽狀納米結(jié)構(gòu)、分層康乃馨結(jié)構(gòu)、花狀納米結(jié)構(gòu)等納米材料。為了提供NiS納米纖維一種新的制備方法，我們將靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了一種NiS納米纖維的制備方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出PVP/Ni (NO3)2原始納米纖維，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到NiO納米纖維，再以二硫化碳CS2為硫化劑進(jìn)行硫化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的NiS納米纖維。其步驟為(I)配制紡絲液鎳源使用的是六水合硝酸鎳Ni (NO3) 2 · 6H20,高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮 PVP，分子量為1300000，采用N，N-二甲基甲酰胺DMF為溶劑，稱(chēng)取一定量的Ni (NO3) 2 ·6Η20 和PVP，加入到適量的DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置4h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為硝酸鎳含量8%，PVP含量14%，溶劑DMF含量78% ；(2)制備N(xiāo)iO納米纖維將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行靜電紡絲，噴頭內(nèi)徑1mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為30°，施加15kV的直流電壓，固化距離18cm，室溫18 25°C，相對(duì)濕度為50 % 65 %，得到PVP/Ni (NO3) 2復(fù)合納米纖維，將所述的PVP/Ni (NO3) 2復(fù)合納米纖維放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率為1°C /min，在600°C恒溫4h，再以1°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到NiO納米纖維；(3)制備N(xiāo)iS納米纖維硫化試劑使用二硫化碳CS2，將所述的NiO納米纖維放入剛玉方舟中，方舟置于真空管式爐內(nèi)，在室溫時(shí)通入氬氣Ar 30min,排出爐管內(nèi)的空氣，以5°C /min的加熱速率升溫至700°C時(shí)通入CS2氣體，保溫lh，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到NiS納米纖維，直徑為45 80nm，長(zhǎng)度大于50 μ m。在上述過(guò)程中所述的NiS納米纖維具有良好的晶型，直徑為45 80nm，長(zhǎng)度大于 50 μ m，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。


圖I是NiS納米纖維的XRD譜圖；圖2是NiS納米纖維的SEM照片，該圖兼作摘要附圖；圖3是NiS納米纖維的EDS譜圖；圖4是NiS納米纖維的介電常數(shù)圖；圖5是NiS納米纖維的介電損耗圖6是NiS納米纖維的電導(dǎo)率圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所選用的六水合硝酸鎳Ni (NO3)2 · 6H20，聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量 1300000，N，N- 二甲基甲酰胺DMF，二硫化碳CS2，均為市售分析純產(chǎn)品；所用的玻璃儀器、坩堝和設(shè)備是實(shí)驗(yàn)室中常用的儀器和設(shè)備。實(shí)施例稱(chēng)取一定量的Ni (NO3)2 · 6H20和PVP，加入到適量的DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置4h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為硝酸鎳含量8 %，PVP含量14%，溶劑DMF含量78 %;將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行靜電紡絲，噴頭內(nèi)徑1mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為30°，施加15kV的直流電壓，固化距離18cm，室溫18 25°C，相對(duì)濕度為50% 65%，得到PVP/Ni (NO3)2復(fù)合納米纖維，將所述的PVP/Ni (NO3) 2復(fù)合納米纖維放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率為IV /min,在 600°C恒溫4h，再以I°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到NiO納米纖維；硫化試劑使用二硫化碳CS2，將所述的NiO納米纖維放入剛玉方舟中，方舟置于真空管式爐內(nèi)，在室溫時(shí)通入氬氣Ar 30min,排出爐管內(nèi)的空氣，以5°C /min的加熱速率升溫至700°C時(shí)通入CS2氣體，保溫lh，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到NiS納米纖維。所述的NiS納米纖維具有良好的結(jié)晶性，其衍射峰的d值和相對(duì)強(qiáng)度與NiS的PDF標(biāo)準(zhǔn)卡片(65-3419)所列的d值和相對(duì)強(qiáng)度一致，屬于六方晶系，空間群為P63/mmc，見(jiàn)圖I所示。所述的NiS納米纖維的直徑為45 80nm，長(zhǎng)度大于50 μ m，見(jiàn)圖 2所示。NiS納米纖維由Ni和S元素組成(Au來(lái)源于SEM制樣時(shí)表面鍍的Au導(dǎo)電層)，見(jiàn)圖3所示。NiS納米纖維的介電常數(shù)隨交流電頻率的增加幾乎沒(méi)有變化，見(jiàn)圖4所示。NiS 納米纖維的介電損耗隨交流電頻率的增加而減小，見(jiàn)圖5所示。NiS納米纖維的電導(dǎo)率隨交流電頻率的增加而減小，見(jiàn)圖6所示。當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明做出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種制備硫化鎳納米纖維的方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合的方法，聚乙烯吡咯烷酮PVP為高分子模板劑，采用N，N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，硫化試劑使用二硫化碳CS2,制備產(chǎn)物為硫化鎳NiS納米纖維，其步驟為(1)配制紡絲液稱(chēng)取一定量的六水合硝酸鎳Ni (NO3)2 · 6H20和PVP，加入到適量的DMF溶劑中，于室溫下磁力攪拌6h，并靜置4h，即形成紡絲液，該紡絲液各組成部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為硝酸鎳含量8%，PVP含量14%，溶劑DMF含量78% ；(2)制備N(xiāo)iO納米纖維將配制好的紡絲液加入紡絲裝置的儲(chǔ)液管中，進(jìn)行靜電紡絲，噴頭內(nèi)徑1mm，調(diào)整噴頭與水平面的夾角為30°，施加15kV的直流電壓，固化距離18cm，室溫18 25°C，相對(duì)濕度為50% 65%，得到PVP/Ni (NO3)2復(fù)合納米纖維，將所述的PVP/Ni (NO3)2復(fù)合納米纖維放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，升溫速率為1°C /min，在600°C恒溫4h，再以1°C /min的速率降溫至200°C，之后隨爐體自然冷卻至室溫，得到NiO納米纖維；(3)制備N(xiāo)iS納米纖維硫化試劑使用二硫化碳CS2，將所述的NiO納米纖維放入剛玉方舟中，方舟置于真空管式爐內(nèi)，在室溫時(shí)通入氬氣Ar 30min，排出爐管內(nèi)的空氣，以5°C /min的加熱速率升溫至 700°C時(shí)通入CS2氣體，保溫lh，再以5°C /min的降溫速率降至200°C，之后自然冷卻至室溫， 得到NiS納米纖維，直徑為45 80nm，長(zhǎng)度大于50 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種制備硫化鎳納米纖維的方法，其特征在于，高分子模板劑為分子量Mr = 1300000的聚乙烯吡咯烷酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備硫化鎳納米纖維的方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用靜電紡絲技術(shù)與硫化技術(shù)相結(jié)合，制備了NiS納米纖維。本發(fā)明包括三個(gè)步驟(1)配制紡絲液。將Ni(NO3)2·6H2O和PVP，加入到DMF溶劑中，形成紡絲液；(2)制備N(xiāo)iO納米纖維。采用靜電紡絲技術(shù)制備PVP/Ni(NO3)2復(fù)合納米纖維，再進(jìn)行熱處理得到NiO納米纖維；(3)制備N(xiāo)iS納米纖維。采用CS2對(duì)NiO納米纖維進(jìn)行硫化處理，得到結(jié)構(gòu)新穎純相的NiS納米纖維，具有良好的晶型，直徑為45～80nm，長(zhǎng)度大于50μm。NiS納米纖維是一種重要的功能材料，將在光催化、紅外探測(cè)、太陽(yáng)能存儲(chǔ)、光敏材料等領(lǐng)域得到應(yīng)用。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，可以批量生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)D01F9/08GK102605468SQ20121004296
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者于文生, 劉桂霞, 王進(jìn)賢, 董相廷, 陳銳 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)