[发明专利]一种制备氧化镍管套线结构纳米纤维的方法

说明书

本发明涉及一种制备氧化镍管套线结构纳米纤维的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明采用单轴静电纺丝技术与焙烧技术相结合的方法，制备了NiO管套线结构纳米纤维。本发明包括三个步骤：(1)配制纺丝液；(2)制备Ni(CH₃COO)₂/PVP复合纳米纤维，采用单轴静电纺丝技术制备；(3)制备NiO管套线结构纳米纤维，采用恰当的加热程序，将Ni(CH₃COO)₂/PVP复合纳米纤维在空气中进行热处理，得到NiO管套线结构纳米纤维，属于立方晶系，管的直径为130±0.99nm，管中纳米线的平均直径为50nm，平均长度大于2μm。本发明的制备方法简单易行，可以批量生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体说涉及一种制备氧化镍管套线结构纳米纤维的方法。

背景技术

管套线结构纳米纤维的制备与性质研究，是材料科学、凝聚态物理、化学等学科的前沿热点研究领域之一。管套线结构纳米纤维是指在材料的三维空间尺度上有两维处于纳米尺度的管状材料，纳米管内嵌套纳米线，通常径向尺度为纳米量级，而长度则较大。由于管套线结构纳米纤维的径向尺度小到纳米量级，显示出一系列特性，最突出的是比表面积大，从而其表面能和活性增大，进而产生小尺寸效应、表面或界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等，并因此表现出一系列化学、物理如热、光、声、电、磁等方面的特异性，因此具有更广泛的应用。

氧化镍NiO广泛用作搪瓷的密着剂和着色剂，陶瓷和玻璃的颜料，以及用于生产镍锌铁氧体磁性材料、镍催化剂、镍盐、传感器和蓄电池材料等。目前NiO纳米材料的研究主要集中在纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米纤维、空心纳米纤维、纳米空心球、纳米花和纳米膜等方面。制备方法包括沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、水热与溶剂热法、热分解法和静电纺丝法等。纳米NiO具有优异的催化性能和电化学性能，在催化剂，电池电极和传感器等领域得到了广泛的应用。

专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning)的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而实现拉丝，然后，在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年来，在无机纤维制备技术领域出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维的技术方案，所述的氧化物包括TiO₂、ZrO₂、Y₂O₃、Y₂O₃:RE³⁺(RE＝Eu、Tb、Er、Yb/Er)、R₂O₂S:Ln³⁺(R＝La,Y,Ln＝Eu、Tb、Er、Yb/Er)、LaOX:Ln(X＝F、Cl、Br、I,Ln＝Eu、Tb、Er、Yb/Er)、NiO、Co₃O₄、Mn₂O₃、Mn₃O₄、CuO、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、Nb₂O₅、MoO₃、CeO₂、LaMO₃(M＝Fe、Cr、Mn、Co、Ni、Al)、Y₃Al₅O₁₂、La₂Zr₂O₇等金属氧化物和金属复合氧化物。通过调节纺丝液的组成，人们已经采用单轴静电纺丝技术制备了NiO纳米纤维和空心纳米纤维。利用单轴静电纺丝技术制备无机一维纳米材料时，必须将静电纺丝的产物无机盐/高分子复合纳米纤维或纳米带，在空气中进行高温热处理，才能得到无机氧化物一维纳米材料，产物通常为无机氧化物纳米纤维、空心纳米纤维和纳米带，而得不到管套线结构纳米纤维。采用静电纺丝技术制备管套线结构纳米纤维时，通常纺丝喷丝头为三层同轴喷丝头，使用三种纺丝液，经过静电纺丝后得到三层同轴纳米电缆，再用溶剂萃取或者高温焙烧除去中间层，得到管套线结构高分子或者无机氧化物纳米纤维。赵勇等采用三层同轴喷丝头静电纺丝技术制备了微米管套纳米线结构的核/壳纤维[国家发明专利，申请号：201010162567.0；Langmuir,2010,26,11291-11296]。目前未见采用单轴静电纺丝技术在较低的焙烧温度下制备NiO管套线结构纳米纤维的报道。