[发明专利]一种表面功能同步修饰柔性纳米纤维复合膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种表面功能同步修饰柔性纳米纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤：(1)制备功能修饰性纳米颗粒和高分子聚合物的混合溶液；(2)制备功能修饰性纳米颗粒悬浊液；(3)利用静电纺丝装置和雾化装置并采用同步修饰工艺制备柔性纳米纤维复合膜：(4)真空环境中干燥，得到干燥的复合纤维膜。通过本发明方法可以使修饰性颗粒同时分布在高分子聚合物纤维的内部和表面，大大增加修饰性颗粒在纤维表面的负载率，提高功能材料的接触面积，达到纤维表面功能修饰的目的。本发明方法通过添加不同的修饰性颗粒可以达到提高复合纤维膜导电性、比表面积(BET)、催化能力、比电容特性、储能效率等多种目的。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料领域，特别是一种表面功能同步修饰柔性纳米纤维复合膜的制备方法。

背景技术

随着科技技术的高速发展，柔性功能复合膜在柔性电子器件、污染净化、催化吸附、生物医疗等领域具有广泛需求。开发出一种柔性、高稳定性、高电学、化学特性的柔性功能复合膜成为了纳米复合材料领域的一个研究重点。

静电纺丝作为一种经济便捷的微纳米结构喷射制造技术，以其工艺简单、操作方便、材料兼容性好等优点，成为了主流的纳米纤维制造技术。通过静电纺丝制备的纳米纤维膜具有高比表面积、柔性好等优点，同时可以通过添加功能修饰材料对纳米纤维进行改性，以获得符合人们需求的纳米结构。

例如科研人员通过在纺丝纤维中添加石墨烯、碳纳米管等材料增强其导电性能；添加金属粒子或金属氧化物等提升其比电容能力；添加氧化石墨烯改善其机械性能；添加催化试剂使其获得催化功能等。静电纺丝拥有良好的可拓展性，科研人员致力于研究更加便捷经济的方法获得更高纤维表面功能修饰材料含量、更稳定的复合纳米纤维膜制备工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种表面功能同步修饰柔性纳米纤维复合膜的制备方法，采用表面功能材料同步修饰工艺来提高功能修饰材料在纺丝纤维表面的负载率，同时避免了由于功能材料团聚带来的成膜均匀性差、功能材料附着性差等问题，通过该工艺可以经济高效稳定地获得高功能修饰材料负载率的复合纳米纤维膜，提高功能修饰材料在纳米制造领域的利用效率，降低制造成本。

本发明采取的具体技术方案是：

一种表面功能同步修饰柔性纳米纤维复合膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备功能修饰性纳米颗粒和高分子聚合物的混合溶液；

(2)制备功能修饰性纳米颗粒悬浊液；

(3)利用静电纺丝装置和雾化装置并采用同步修饰工艺制备柔性纳米纤维复合膜：

静电纺丝装置中纺丝喷头为多通路喷头，且在静电纺丝装置收集装置上方对应位置安装雾化装置喷头；将功能修饰性纳米颗粒和高分子聚合物的混合溶液、功能修饰性纳米颗粒悬浊液分别通入纺丝喷头的不同通路内，并将功能修饰性纳米颗粒悬浊液通入到雾化装置喷头内；同时启动静电纺丝装置和雾化装置，在收集纺丝纤维的过程中进行雾化修饰，提高修饰性纳米颗粒在纤维表面的附着密度，得到高负载率功能修饰性纳米颗粒的复合纤维膜；

(4)真空环境中干燥，得到干燥的复合纤维膜。

为了更好的实现本发明，所述多通路喷头可为同轴喷头，也可为其他形式的多通路喷头比如多通道并行喷射的多轴喷头。

为了更好的实现本发明，所述纺丝喷头内不同通路分别利用不同的注射泵控制通路内液体的供液速度。

为了更好的实现本发明，制备功能修饰性纳米颗粒和高分子聚合物的混合溶液的具体方法为：将功能修饰性纳米颗粒和高分子聚合物粉末溶解于有机溶剂中，充分搅拌后，置于超声震荡仪中充分震荡，使功能修饰性纳米颗粒均匀分散在混合溶液。