[发明专利]利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法。

背景技术

纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子尺寸效应等特点，纳米材料与相同组成的体相材料相比具有一系列新异的物理、化学特性，在宇航、电子、冶金、化学、生物和医药等领域展示了广泛的应用前景。纳米磁性材料是20世纪70年代后逐步产生、发展、壮大，而成为最富有生命力与宽广应用前景的新型磁性材料。纳米磁性材料的制备主要有纳米磁流体的制备、纳米磁性微粒的制备、纳米磁性微晶的制备、纳米磁性纤维及纳米磁性复合材料的制备。方法大致有物理法、化学法、分散法、单体聚合法和静电纺丝技术等。

随着纳米科技的兴起，人们给予能制备连续微纳米纤维的静电纺丝法以极大的关注，静电纺丝法是通过高压静电发生器产生的电场力拉伸聚合物溶液或熔体来制备超细纤维的重要方法，是一种操作简便、适用范围广、生产效率相对较高的纺制纳米纤维的方法。该方法已成为开发纳米材料的热点，并开拓了纳米纤维的潜在应用。

由于静电纺通常是无规取向的非织造布形式，限制了其一维纳米材料作为光电子器件的应用，增强了复合材料以及组织工程等某方面的应用。因此制备有序的纳米材料成为了一研究热点，现在制备有序纳米材料的方法大致有转轴法、平行电极法、转盘法、图案化电极法、导电模板法、磁控法等。静电纺有序纳米磁性材料的独特的性能可以用于组织工程支架，光电器件的电子元件和化学传感器中。

在磁控静电纺丝过程中影响静电纺丝工艺的几个重要参数，包括聚合物溶液质量分数、磁性粒子的质量分数、纺丝电压、接收距离、喷头孔径、环境温湿度和磁场强度等。在研究中发现这些参数的改变对纤维平行度、直径及其形态结构的影响很大，所以利用磁控静电纺制备有序纳米磁性材料时，其参数对纳米材料的有序性起到了至关重要的作用。

由于，纳米磁性材料的有序性决定着纳米磁性材料的应用效果，为此，我们希望在利用磁控静电纺丝技术制备有序纳米磁性材料的过程中能避免一些麻烦，可以直接制备出高质量的有序纳米磁性材料，进一步促进有序纳米磁性材料的应用。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的利用磁控静电纺丝技术制备有序纳米磁性材料的方法，以解决现有技术中的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法，该方法提供了适宜的制备有序磁性纳米复合材料的原料配比和实验条件。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法，其包括如下步骤：

S1：用去离子水作溶剂，配置质量分数为6%-12%的聚乙烯醇溶液，将磁性粒子搅拌子放入聚乙烯醇溶液中，然后将盛有聚乙烯醇溶液的容器密封；

S2：温度调到90℃，恒温并磁力搅拌2-4小时，直到得到均一透明的溶液；

S3：将磁性四氧化三铁纳米粒子分散于S2得到的均一透明的溶液中，所得四氧化三铁的质量分数为0.1%-5%，超声波震荡分散24-48小时，直到四氧化三铁纳米粒子分散均匀，得到磁性纳米粒子分散均匀的聚合物溶液；

S4：在室温和相对湿度50%-80%，磁场强度5-200MT下，将S3得到的磁性纳米粒子分散均匀的聚合物溶液静电纺丝，得到有序的纳米磁性复合材料；

所述步骤S4中，将磁性纳米粒子分散均匀的聚合物溶液进行静电纺丝具体包括步骤：将磁性纳米粒子分散均匀的聚合物溶液加入贮液池中，高压供电装置连接在喷丝头上，接收板通过接地电源线接地，接收板两侧放置着两块高磁性的磁铁，形成磁场空间，打开高压供电装置，在喷丝头和接收板之间形成了一个电场，使喷丝头出口处的聚合物溶液在高压的作用下形成连续射流，并在磁场的作用下，含有均匀分散的磁性纳米粒子聚合物射流经过摆动、拉伸、蒸发、细发过程，最后在接收板上收集到平行有序的磁性纳米复合材料。

优选的，在上述利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法中，所述步骤S4中进行静电纺丝时，磁场强度调节范围在20-120mT。

优选的，在上述利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法中，所述步骤S4中进行静电纺丝时，接收板和喷丝头之间的距离调节范围为10-20cm。

优选的，在上述利用静电纺丝技术制备有序纳米磁性复合材料的方法中，所述步骤S4中进行静电纺丝时，电压调节范围为15-25kv。