[发明专利]金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途

说明书

相关申请资料

本申请与下列申请相关：在审美国临时申请第60/848,189号， 其标题为“金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途(Metal Oxide Fibers and Nanofibers，Method for Making Same and Uses Thereof)”，2006年9月29日提交；美国临时申请第60/919,453号，其标 题为“金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法和其用途”，2007年3 月22日提交；以及美国临时申请第60/939,498号，其标题为“在锂离 子电池中被用作隔膜/电解质材料的含有锂盐的氧化铝纳米纤维的制备 (Fabrication of Alumina Nanofibers Containing Lithium Salts for Use as Separator/Electrolyte Materials in Lithium-Ion Batteries)”，2007年5月22 日提交；它们的每一个通过引用以其全部并入本文。

技术领域

本发明一般涉及金属氧化物纤维和纳米纤维、其制备方法及 其用途。这样的金属氧化物纳米纤维具有吸收和分解化学战剂和其他 有毒化学物质的能力。这些纳米纤维可以被并入到防护衣和用于呼吸 的装置中，或者在另外的实例中，可以被用于锂离子电池中。在一个 实施方式中，本发明涉及二氧化钛、氧化铝和/或氧化镁纤维和纳米纤 维，以及涉及它们的制备方法。在另一情况中，α-相氧化铝被用作纳米 纤维中的一种材料。

背景技术

第一次世界大战以来研发的许多化学战神经性毒剂是有机磷 酯。这些种类在通常的环境条件下是液体且在战场上意图被分散为气 溶胶。人暴露在这些化合物下引发涉及乙酰胆碱酯酶的反应，不可逆 地抑制对中枢神经系统的控制。g-试剂(g-agent)GB(sarin)、GD(soman) 和GF具有结构(RO)PO(CH₃)(F)，其中R分别从直链烷基变化到支链烷 基、到环状烷基。有毒得多的和化学多相的V-系列试剂(例如VX)包 含连接到异丙基氨基官能部分的P-S键。正是这些神经性毒剂通过卤 素、酯或硫碱断裂引起的去官能化使它们毒性小得多或者无毒。

氧化铝、氧化钛、氧化镁和其他氧化物可以吸收且在一些情 况下分解神经性毒剂和相关的化合物。最高的表面活性已经显示在纳 米级的晶体颗粒上发生，该颗粒具有许多边缘和缺陷位。这样的材料， 其性质受控于大的表面与体积比，展示了用于分解神经性毒剂的活性 性质。

将纳米颗粒并入到意图用于现场服务的结构——例如衣服或 过滤器——中是困难的，因为包封或限制它们的方法必须不能导致表 面积或活性性质降低。将具有纳米级表面结构的材料用于磷(膦)酸盐分 解是重要的。这些材料为纳米纤维形式，具有便于并入到衣服和过滤 器中的宏观长度。

已知金属氧化物纳米颗粒分解神经性毒剂，但是它们不能并 入到衣服和呼吸过滤器中。纳米纤维可以被并入到衣服中以及被用于 呼吸过滤器中，同时仍然具有用于使神经性毒剂去毒所需的纳米级表 面活性。这些纳米纤维的大表面积产生了高表面活性，同时纳米纤维 的长度使它们适合于并入到防护衣和用于呼吸的装置中。纳米纤维材 料的性质，例如强度、孔隙率、吸收化学种类的能力等等，可以通过 将不同的纤维结合成复合材料而进行控制。该复合材料对于保护性呼 吸装置和衣服允许湿气交换和减轻穿用者身上的热应力是理想的。

蓄电池(镍-镉、镍/金属氢化物)和锂离子可充电电池占全部 电池市场近10％。可充电锂离子电池占据市场的明显数量，其每年都有 增长。可充电电池和蓄电池的这种增长是由于便携式装备例如手机和 笔记本电脑的销售增长引起的。

因此在本领域需要适合的材料，其可以作为纳米纤维被并入 以及被用于衣服和/或呼吸过滤器，以抵抗化学试剂。在本领域还需要 在电池中使用的适合材料。金属氧化物纳米纤维的使用提供了提供这 样的适合材料的手段。

发明内容