[发明专利]一种核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种核‑壳结构的柔性复合纳米纤维膜的制备方法，包括：将正硅酸乙酯、纯水、无水乙醇及无水乙酸混合，并搅拌至澄清，制得硅源溶液；将高分子聚合物溶解在溶剂中制得高分子聚合物溶液；制备氧氯化锆的无水乙醇溶液，并加入无水乙酸，常温下搅拌至澄清制得锆源溶液；将制得的硅源溶液、高分子聚合物溶液水浴混合搅拌，将制得的锆源溶液、高分子聚合物溶液水浴混合搅拌，分别静置陈化，制得硅源纺丝液及锆源纺丝液；以硅源纺丝液为内核纺丝液，锆源纺丝液为外壳纺丝液，进行同轴静电纺丝，制得具有核‑壳结构的柔性复合纳米纤维膜前驱体；将具有核‑壳结构的柔性复合纳米纤维膜前驱体进行烧结，制得核‑壳结构的柔性复合纳米纤维膜。

技术领域

本发明涉及氧化物复合纳米材料领域，特别是涉及一种核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜的制备方法。

背景技术

近年来，一维无机纳米材料由于具有比体材料更加优越的光电、物理、化学性能的特殊结构，在传感器、生物支架材料、光催化剂及载体材料、储氢材料等领域有着极大的基础研究和潜在的应用价值。

纳米ZrO₂具有高熔点、高电阻率、高折射率和热膨胀系数性质，是一种可以长期在超高温氧化气氛下使用的优质结构功能材料，在航天军工、节能减排和复合材料等领域作为基础原材料。目前仍存在生产工艺复杂、胶体稳定性差、纤维直径较粗、粉化严重等问题。纳米SiO₂纤维耐有机溶剂、耐腐蚀、耐高温，且具有更好的柔韧性、透光性，在催化剂负载及荧光薄膜领域具有潜在应用。

将材料制备成核-壳结构使材料获得更高的比表面积、强度及柔韧性。目前已探索出多种用于制备核-壳结构纤维的技术，如自组装法、模板合成法、激光消融法和基于静电纺丝技术的TUFT法等。但这些方法由于步骤比较繁琐，而同轴静电纺丝技术则可以相对简单地制备出核-壳结构的纳米纤维。

SiO₂的引入不仅增强了ZrO₂的分散性，而且由于SiO₂和ZrO₂之间形成新的化学键Zr-O-Si使得ZrO₂的强度及柔韧性能显著提高，有望产生新的性质和应用价值。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜的制备方法，用于获得比普通二氧化硅纤维膜性能更好，具有良好的柔韧性、耐高温、高强度和刚度、抗腐蚀等优异性能的具有核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜。

本发明的核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜的制备方法，包括：

将正硅酸乙酯、纯水、无水乙醇及无水乙酸混合，并搅拌至澄清，制得硅源溶液；

将高分子聚合物溶解在溶剂中制得高分子聚合物溶液；

制备氧氯化锆的无水乙醇溶液，并加入无水乙酸，常温下搅拌至澄清制得锆源溶液；

将制得的硅源溶液、高分子聚合物溶液水浴混合搅拌，将制得的锆源溶液、高分子聚合物溶液水浴混合搅拌，分别静置陈化，制得硅源纺丝液及锆源纺丝液；

以硅源纺丝液为内核纺丝液，锆源纺丝液为外壳纺丝液，进行同轴静电纺丝，制得具有核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜前驱体；

将具有核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜前驱体进行烧结，制得核-壳结构的柔性复合纳米纤维膜。

上述技术方案在一种实施方式中，将正硅酸乙酯、纯水、无水乙醇及无水乙酸按摩尔比为1：0.6：0.6：0.01置于锥形瓶中进行密封混合，在水浴45℃下，搅拌4-6h，制得澄清的硅源溶液。

上述技术方案在一种实施方式中，将高分子聚合物按物质量浓度为10％-20％溶解在溶剂中，在水浴45℃-80℃下，搅拌2-6h，制得物质量浓度为10％-20％的高分子聚合物溶液。