納米纖維的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料生產技術和科研技術領域，特別是具有磁性的納米纖維材料的生產技術和科研領域，具體涉及中空結構的納米金屬氧化物纖維的制備方法。
【背景技術】
[0002]a -Fe2O3是鐵氧化物中研究的最多的一種，它儲量豐富，在自然界中以赤鐵礦的形式存在，空間結構呈R-3C，在常溫下顯反鐵磁性。C1-Fe2O3具有很好的熱力學穩(wěn)定性、生物相容性、電活性等，納米尺寸的Q-Fe2O3目前已商業(yè)化生產，且已被廣泛的應用于水處理、氣體傳感器和鋰離子電池等科研領域。a -Fe2O3的制備方法有多種，其中水熱法相關的研究報道較多。
[0003]水熱法制備a -Fe2O3—般是在高溫下數小時反應制得，但制備的顆粒直徑較大，一般在幾十納米到幾百納米。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種操作簡單，可重復性強的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的制備方法。
[0005]本發(fā)明包括以下步驟:
1)在常溫和磁力攪拌下，將聚丙烯腈(PAN)和乙酰丙酮鐵(Fe(acac)3)或乙酰丙酮亞鐵(Fe(acac)2)溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成靜電紡絲液；
2)將上述靜電紡絲液通過靜電紡絲裝置進行靜電紡絲，取得納米纖維；
3)將上述納米纖維預氧化，以固定纖維的形貌；
4)將經過預氧化的納米纖維在空氣中煅燒，制得磁性中空的a-Fe2O3納米纖維。
[0006]靜電紡絲技術是使帶有電荷的高分子熔體或者溶液在高壓靜電場中受到電場力和表面張力的共同作用，通過噴射、拉伸、劈裂、固化或者溶劑揮發(fā)，而形成一維納米纖維狀物質的過程。靜電紡絲技術具有簡單、易操控、可重復性強等優(yōu)點，同時接合后續(xù)的熱處理可以制備一系列納米尺寸的化合物，在材料制備方面得到了廣泛的研究和應用。
[0007]本發(fā)明以聚丙烯腈(PAN)為高分子熔體，乙酰丙酮鐵(Fe(acac)3)或乙酰丙酮亞鐵(Fe(acac)2)為a-Fe2O3的前驅體，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，制成靜電紡絲液，然后經靜電紡絲形成納米纖維，通過預氧化固定了纖維的形狀，進一步通過在空氣氣氛中煅燒，將Fe(acac)jP Fe (acac) 3轉變?yōu)棣?-Fe 203納米顆粒，聚丙烯腈(PAN)轉化為C并在空氣氣氛中煅燒除去，制備了由磁性的a-Fe2O3組成的中空的納米纖維。制成的磁性中空的a -Fe2O3纖維的直徑為10?500nm，納米顆粒的直徑為I?lOOnm。
[0008]另，為了使制備的靜電紡絲液具有一定的粘稠度，配合設定的靜電紡絲的電壓和接收距離可以制備出形貌均一的靜電紡絲納米纖維，本發(fā)明所述的聚丙烯腈占靜電紡絲液總質量的4?12%，為有利于制備中空的a -Fe2O3磁性納米纖維，所述乙酰丙酮鐵或乙酰丙酮亞鐵占靜電紡絲液總質量的2?10%。
[0009]靜電紡絲時的電壓為5?20kV，接收距離為5?20cm，靜電紡絲針頭的內徑為
0.2?1.0mm，靜電紡絲液的推進速度為0.5?1.5mL/h,以鋁箔接收紡絲物，滾筒轉速為
5?50r/mino
[0010]本發(fā)明所述的預氧化是在管式爐中進行，將納米纖維置于爐管中部，并通入干燥空氣，以0.5?2°C /min的升溫速度，從常溫升至200?260°C，并維持30?200min。本發(fā)明中預氧化是為了固定纖維的形貌，通入一定量的干燥空氣是為了保證預氧化在保證預氧化過程中正常的空氣交換。
[0011]本發(fā)明所述的煅燒是將經過預氧化的納米纖維放于石英舟中然后置于爐管中部，并通入干燥空氣，以2?10°C /min的升溫速度，從常溫升至300?650°C，并維持5?200min。在煅燒過程通入小流量的干燥空氣可以補充消耗的氧氣，保證煅燒的效果。在PAN與Fe (acac) 3*Fe (acac) 2的一定配比下,在煅燒過程中纖維內部的Fe (acac) 3*Fe (acac) 2在轉化為磁性的a -Fe2O3的過程中移向更容易與氧氣接觸的纖維的表面，因而可以制備磁性中空的O-Fe2O3納米纖維。當煅燒溫度達到700°C時，a-Fe2O3納米纖維不是中空結構。
[0012]在預氧化時和煅燒時通入的干燥空氣流量分別為I?6mL/min。
【附圖說明】
[0013]圖1為例一方法中，靜電紡絲經過250°C預氧化的納米纖維的掃描電鏡圖。
[0014]圖2為例一方法中，以煅燒為600°C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的掃描電鏡圖。
[0015]圖3為例一方法中，以煅燒為600°C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的透射電鏡圖。
[0016]圖4為例一方法中，以煅燒為600 0C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的X-射線衍射圖。
[0017]圖5為例一方法中，以煅燒為600°C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的磁滯回線圖。
[0018]圖6為例二方法中，以煅燒為400°C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的透射電鏡圖。
[0019]圖7為例二方法中，以煅燒為500°C所制備的磁性中空的a -Fe2O3納米纖維的透射電鏡圖。
[0020]圖8為例二方法中，以煅燒為700°C所制備的磁性a -Fe2O3納米纖維的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0021]例一:
一、制備方法:
1、紡絲液的制備:在25 mL錐形瓶中加入1.0g PAN、0.5g乙酰丙酮鐵Fe (acac)3和8.5gDMF，常溫磁力攪拌24?36h，制備均一的靜電紡絲液。
[0022]2、靜電紡絲:將紡絲液倒入1mL容量的注射器，放入靜電紡絲裝置，采用內徑為
0.2?1.0mm的靜電紡絲針頭，靜電紡絲液的推進速度為0.5?1.5mL/h。將鋁箔附著于滾筒上以收集靜電紡絲納米纖維，電壓設置為13?17KV，接收距離為10?18cm，滾筒轉速設為30?50r/ min，進行靜電紡絲制備靜電紡絲納米纖維。
[0023]3、預氧化:將靜電紡絲納米纖維放入石英舟中，置于管式爐中，以流速為I?6mL/min通入小流量的干燥空氣，以I?2°C /min的升溫速率升溫至240?260°C，并維持60?180mino
[0024]4、煅燒:將預氧化后的紡絲物放入管式爐中，以流速為I?6mL/min通入小流量的干燥空氣，以2?6°C /min的升溫速度，從常溫升至600°C并維持60?150min，制得磁性中空的納米a -Fe2O3纖維，磁性中空的α -Fe 203納米纖維的直徑為200?500nm。
[0025]二、性能表征:
圖1為本發(fā)明以配比為PAN 10wt%, Fe (acac) 3 5wt%，DMF為85wt%的靜電紡絲液制備的靜電紡絲物經過250°C預氧化制備的納米纖維