[发明专利]一种纳米纤维制备方法和制备纳米纤维的装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米纤维领域，特别涉及一种纳米纤维的制备方法和制备纳米纤维的装置。

背景技术

纳米纤维通常是指直径或管径厚度小于100nm的超细纤维，主要包括纳米丝、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带和纳米电缆。相对于普通的纤维，纳米纤维的直径极小，为纳米量级，由此也显现出诸多物理和化学特性，纳米纤维最大的特点是比表面积大，由此使得其表面能和活性增加，从而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。纳米纤维的物理和化学特性使得其在诸多领域具有广阔的应用前景。

现有技术提供了多种制备纳米纤维的方法，如静电纺丝法、抽丝法、模板合成法、分相法和自组装法等。静电纺丝法和抽丝法的缺陷在于对纺丝液的粘度要求苛刻，适用范围窄；模板合成法的缺点是不能制备根根分离的连续纳米纤维；分相法和自组装法的生产效率都比较低。上述几种方法都难以将低粘度液体或低粘度熔融体直接制备成纳米纤维。

因此，提供一种能将低粘度液体或低粘度熔融体直接制备成纳米纤维的方法具有重大现实意义。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种纳米纤维的制备方法，该方法对纺丝液的粘度限制较低，适用范围较广。

有鉴于此，本发明提供一种纳米纤维的制备方法，包括：

利用静电喷射将纺丝液喷射成带电液滴；

所述带电液滴在低温条件下于凝固前发生变形并诱导出流体；

所述流体冷凝固化，得到纳米纤维。

优选的，所述纺丝液为低粘度液体或低粘度熔融体。

优选的，所述低粘度液体为水、无机盐溶液、小分子有机物液体。

相应的，本发明还提供一种由上述方法制备的纳米纤维。

相应的，本发明还提供一种纳米纤维制造装置，包括：

高压电源；

与高压电源相连的静电喷头；

与静电喷头位置对应的接收器，用于冷凝固化带电液滴诱导出的流体，形成纳米纤维。

优选的，所述接收器包括：腔体和设置于腔体空腔处的低温物质。

优选的，所述低温物质为液氮、干冰或液态丙烷。

优选的，还包括：与所述静电喷头相连的加热装置，用于将纺丝原料加热成纺丝熔融体。

本发明提供的方法是先利用静电喷射，将流体喷射成带电的微小液滴，随即喷射出的带电液滴进入低温环境后一方面与周围环境发生快速热量交换，另一方面受到电荷静电排斥力的作用，带电液滴原有热、电平衡被破坏，其在不平衡力作用下发生拉伸变形，由最初的球形逐渐变为中部圆两端尖的梭形带电液滴，并在尖端部分被拉伸诱导出流体，带电液滴发生的上述变形及诱导流体的过程非常迅速，在凝固之前即可完成；诱导出的流体截面半径较小，表面积较大，热传导速度较快，流体一旦形成便迅速凝固成纳米纤维。由于本发明提供的方法是先从带电液滴诱导出流体再冷凝固化，因此对低粘度液体也适用，扩展了纳米纤维的种类。

本发明还提供了应用上述方法制备纳米纤维的装置，相应的，本发明提供的制备纳米纤维的装置适用于粘性范围较宽的纺丝液，具有较高的适用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为带电液滴在低温环境下的形变示意图；

图2为本发明提供的制备纳米纤维的装置的结构示意图；

图3为本发明实施例1制备的纳米纤维的显微镜图片；

图4为本发明实施例2接收器腔体内壁照片；

图5为本发明实施例3制备的纳米纤维的照片。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

a)、利用静电喷射将纺丝液喷射成带电液滴；

b)、所述带电液滴在低温条件下于凝固前发生变形并诱导出流体；

c)、所述流体冷凝固化，得到纳米纤维。

本发明提供的方法是先利用静电喷射，将流体喷射成带电的微小液滴，使纺丝液成液滴状并带上电荷。