[发明专利]负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域，尤其涉及一种负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜的制备方法。

背景技术

目前在有机纤维上生长ZnO纳米材料主要通过以下方式：

(1)直接将静电纺纯有机纤维、含锌盐的有机纤维或含ZnO纳米颗粒的有机纤维放在氧化锌的生长液中通过水热法在其上生长ZnO纳米结构。

(2)利用氧化锌种子层对静电纺有机纤维直接涂层处理，再利用水热法在其上生长ZnO纳米结构。相较于直接在静电纺有机纤维上生长时ZnO溶液脱落，且生长不匀的缺点，利用ZnO种子液涂层的纤维，能得到生长均匀且有序的纤维，ZnO纳米棒基本上能垂直于纤维表生长，但是这种方法受到涂层均匀性的影响很大，且也很容易出现溶液脱落的情况。

通过静电纺制备的含锌盐聚合物纳米纤维，然后直接高温煅烧后获得纯ZnO纳米材料，方法简单，易于操控且获得纳米材料纯度高。但是上述方法所制备的ZnO纳米材料的结构和性能还有待提高，产品的应用领域受到了很大限制。因此，煅烧含锌盐聚合物纳米纤维的工艺仍然需要进一步改进，并且对产物进行改性处理，从而得到新的ZnO纳米结构，进而扩大ZnO纳米材料的应用范围。

传统静电纺丝法制备的纤维基本上都是随机排列的无序纳米纤维，而无序纤维的性能有限，且很难提高，这限制了静电纺纤维在光电子器件、各向异性组织器官、高性能纤维增强材料、高敏传感器等领域的应用。而有序纤维具有特定形貌结构，可赋予纤维一些优异的性能，使其非常适合在组织工程中作为支架用于细胞定向培养，光电子器件中作为导线以及军工领域中作高强材料等方面的应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜的制备方法，本发明方法条件温和，操作简单，可控性高；所制得的产物光电性能优良，催化降解效率得到提高。

本发明提供了一种负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将高分子聚合物、醋酸锌溶于有机溶剂，向其中加入磁性纳米颗粒，混匀后得到静电纺丝溶液，通过磁场辅助静电纺丝技术制得有序的高分子聚合物/醋酸锌/磁性纳米颗粒纤维；

(2)将锌盐、六次甲基四胺(HMTA)和氨水在水中混匀，得到生长液；

(3)对高分子聚合物/醋酸锌/磁性纳米颗粒纤维进行低温热处理，使得醋酸锌转化为氧化锌，然后放入生长液中，通过水热法，反应后得到负载取向氧化锌纳米棒的纤维膜。

进一步地，在步骤(1)中，高分子聚合物为聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚醚砜树脂(PES)和聚乳酸(PLA)中的一种或几种。

进一步地，在步骤(1)中，磁性纳米颗粒为γ-Fe₂O₃纳米颗粒、Fe₃O₄纳米颗粒，Ni纳米颗粒和CoFe₂O₄纳米颗粒中的一种或几种。在磁场和静电场的作用下，带电射流不仅受到静电力和洛仑磁力的作用，带电射流中的磁性纳米颗粒还受到磁场力的诱导作用进一步牵伸纤维，因此有利于纤维的有序取向分布，从而获得有序的聚偏二氟乙烯/醋酸锌/磁性纳米颗粒纤维。

进一步地，在步骤(1)中，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、丙酮、N,N-二甲基乙酰胺和三氯甲烷中的一种或几种。优选的，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和丙酮。N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的质量比为7-1:1。

进一步地，在步骤(1)中，高分子聚合物、醋酸锌和磁性纳米颗粒的质量比为10:0.5-5:0.5-3。

进一步地，在步骤(1)中，在磁间距为1-10cm；纺丝距离为10cm-20cm；纺丝电压为10-60kV；纺丝速度为0.1mL/h-5mL/h的条件下进行磁场辅助静电纺丝。磁间距是指两平行磁铁之间的距离。

进一步地，在步骤(1)中，磁场辅助静电纺丝技术所使用的装置包括高压静电发生器、注射泵、磁场、接收板，其中磁场由两块平行异名磁极永久磁铁构成；在高压静电发生器和磁场的作用下，静电纺丝溶液通过注射泵上的注射器流出，然后喷射到接收板上。

进一步地，在步骤(2)中，锌盐为氯化锌、硝酸锌和醋酸锌中的一种或几种。

进一步地，锌盐和六次甲基四胺的摩尔比为1:1-3。优选的，锌盐和六次甲基四胺的摩尔质量比为1:1。