[发明专利]陶瓷纳米纤维及其制备方法和设备

说明书

本发明提出了陶瓷纳米纤维及其制备方法和设备。该制备陶瓷纳米纤维的方法，包括：提供具有可纺性的前驱体溶液，该前驱体溶液中含有陶瓷前驱体、聚合物和溶剂；利用气流将前驱体溶液拉伸为纳米纤维，并用收集器收集纳米纤维；对收集得到的纳米纤维进行烧结，得到陶瓷纳米纤维。该制备方法能够大量制备出超轻的、耐高温的、廉价的陶瓷纳米纤维，并且该制备方法快速、高效、节能，具有工业化大批量生产的潜力。

技术领域

本发明涉及材料科学与工程领域，具体的，本发明涉及陶瓷纳米纤维及其制备方法和设备，更具体的，涉及陶瓷纳米纤维的制备方法、陶瓷纳米纤维和制备陶瓷纳米纤维的设备。

背景技术

陶瓷材料的一维纳米结构，由于维度的限制、表面效应和量子尺寸效应等影响，物化性能发生了许多明显的改变，出现许多新奇的特性，这些特殊的性能，对于电子信息、生物医疗、环境能源、航空航天等诸多领域有着深远的影响。

目前，制备陶瓷纤维的方法有基于CVD、PVD的控制生长法，模板法、化学液相法、静电纺丝法等。但是，这些方法存在制备困难，产量低，造价高等缺点，限制了陶瓷纳米纤维的生产与应用。

因此，需要一种能够大量制备陶瓷纳米纤维的廉价方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

气纺丝作为制备纳米纤维的方法，具有快捷方便、安全清洁、适用范围广且宏量制备等优势，很容易实现工业化生产。但是，现有的气纺丝方法制备出的材料并不适用于高温环境中，使其应用受到了许多限制。另外，组成超轻海绵弹性结构的材料，主要集中在聚合物材料、金属材料和碳材料方面，可用于人体器官的修复、药物载体、微型器件以及海洋污染处理等。但是，以上材料都不适用于高温环境中，应用受到了许多限制。其中，对于具有耐高温性能与各色功能的陶瓷材料，因为其易碎性，现有的技术很难大规模的制备出多功能的弹性材料。本发明的发明人经过深入研究，发现利用气纺丝技术可以将常见的TiO₂、ZrO₂、SnO₂、BaTiO₃等陶瓷材料，十分方便的制备成陶瓷纳米纤维，可用于高温情况下的许多关键领域，以及隔热、过滤、催化、传感器等方面的应用。特别是，通过发明人设计的多孔笼型收集装置，可以得到由陶瓷纳米纤维组成的三维海绵结构，再经过高温烧结后，可获得纳米陶瓷纤维组成的三维弹性海绵结构，可用于高温等许多关键重要的领域，且该方法产量大、廉价、操作方便、控制容易，易于实现工业化生产。

有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种超轻、耐高温、廉价或者适于大量制备陶瓷纳米纤维的制备方法。

在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备陶瓷纳米纤维的方法。

根据本发明的实施例，所述方法包括：提供具有可纺性的前驱体溶液，所述前驱体溶液中含有陶瓷前驱体、聚合物和溶剂；利用气流将所述前驱体溶液拉伸为纳米纤维，并用收集器收集所述纳米纤维；对收集得到的纳米纤维进行烧结，得到陶瓷纳米纤维。

发明人意外地发现，采用本发明实施例的陶瓷纳米纤维的制备方法，可以快速有效的制备获得陶瓷纳米纤维，制备方法快速、高效、节能，成本低廉、具有工业化大批量生产的潜力，克服了现有技术中制备困难、产量低、造价高等缺点，且获得的陶瓷纳米纤维具有超轻、耐高温等特性，可以有效用于许多关键重要的领域。

另外，根据本发明实施例的制备陶瓷纳米纤维的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述陶瓷前驱体包括无机盐和有机盐中的至少一种，优选的，所述陶瓷前驱体包括钛酸四丁酯、钛酸异丁酯、氧氯化锆、乙酸钡、氯化锡中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述聚合物包括PVP、PVB、PAN和PEO中的至少一种。