基于天然棉納米纖維的一維功能納米材料的制備及性能研究.pdf

1、納米材料由于具有量子尺寸效應、表面效應、小尺寸效應等獨特的物理及化學性質(zhì)，使其在催化、光電、傳感及涂料等方面呈現(xiàn)出巨大的應用價值。靜電紡絲技術的出現(xiàn)，為高效的制備一維納米材料提供一片嶄新的天地，到目前為止，大量的一維納米材料的制備技術拓展到靜電紡絲領域。纖維素作為自然界中含量最為豐富的可再生資源，具有可自然降解性、生物相容性高、易加工等特性，在智能服裝、催化劑、環(huán)境、能源和生物支架等多個領域具有潛在的應用價值。而靜電紡絲制備的一維納米材

2、料具有比表面積大、長徑比大、結(jié)構(gòu)形貌多樣性、質(zhì)量輕、易功能化等優(yōu)點，能為無機功能納米材料提供一個優(yōu)良的載體，不僅能防止其團聚、控制其尺寸分布，而且能提高納米材料的穩(wěn)定性，使無機材料在光、電、磁、催化等方面的性能得到更好的運用，甚至有可能產(chǎn)生新的奇異功能。這種復合材料性能上相比于單一材料有很大進步，不僅可以彌補單一材料性能的局限性，還可以產(chǎn)生新的性能，為材料設計領域打開一個新局面。
　　本論文以電紡絲技術為基礎，結(jié)合水熱法和RF磁控

3、濺射技術，圍繞著基于天然棉納米纖維一維功能性納米復合材料的制備和性能研究開展了以下三部分研究工作:
　　1、天然棉纖維素/ZnO復合納米纖維的制備與性能研究
　　首先以LiCl/DMAc為溶劑，制備棉纖維紡絲液，通過靜電紡絲方法，制備出天然超細棉納米纖維。測試表明:棉纖維素溶液的濃度1.15wt％，紡絲流速為0.8ml/h，電壓為18kv，接收距離為15cm，相對濕度控制在40％以下，溫度為室溫，滾筒為300轉(zhuǎn)/min，能夠

4、得到尺寸均勻，分散較好、成膜較少等超細棉納米纖維;考慮到棉纖維可紡的特殊性，對工藝裝置在防止靜電干擾和纖維在溶解成膜方面進行了改進，使其更加適合靜電紡絲制備天然超細棉納米纖維，拓展棉纖維的應用領域。由于靜電紡絲制備的超細棉納米纖維具有比表面積大、表面多羥基、易改性等優(yōu)點，通過結(jié)合水熱合成方法，在超細棉纖維表面成功制備了排列規(guī)整ZnO納米棒陣列，研究了不同實驗參數(shù)對復合纖維形貌和結(jié)構(gòu)的影響，并著重研究了不同水熱反應時間復合材料對紫外吸收、

5、熒光發(fā)光性能的影響。
　　2、天然棉纖維素/ZnO/ZnS復合納米纖維的制備與性能研究
　　以棉纖維/ZnO納米棒陣列復合纖維為模板，通過水熱合成方法，成功制備出棉纖維/ZnO/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)的復合納米纖維。通過SEM、XRD、EDS、TEM、UV對復合纖維的形貌、結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。測試結(jié)果表明:可以通過調(diào)節(jié)硫代乙酰胺(TAA)溶液的濃度來控制ZnO表面負載的ZnS納米顆粒的大小和殼層的厚度，并表現(xiàn)出良好的分散性和均勻

6、性。光催化產(chǎn)H2實驗表明:當TAA濃度為0.75mM時，光催化產(chǎn)H2的效率為445umol·g-1·h-1，是CC/ZnO產(chǎn)H2效率的6.2倍。CC/ZnO/ZnS核/殼結(jié)構(gòu)的復合納米纖維中的n-p異質(zhì)結(jié)為光催化產(chǎn)H2最為關鍵的因素，能夠增大比表面積，增強光吸收以及光生載流子的產(chǎn)量和壽命。
　　3、天然棉纖維素/TiO2復合納米纖維的制備與性能研究
　　首先通過靜電紡絲的方法制備尺寸均勻的超細棉納米纖維為柔性襯底，然后通過R

7、F磁控濺射在棉納米纖維表面沉積TiO2功能納米薄膜，研究不同濺射時間、濺射功率、濺射氣壓對TiO2薄膜表面形貌、結(jié)構(gòu)的影響，并著重研究了不同濺射功率對紫外-漫反射吸收性能的影響。通過SEM、EDX、IR、TEM、UV等測試手段對樣品進行了表征。測試結(jié)果表明:通過用RF磁控濺射的方法，能在棉納米纖維表面沉積一層連續(xù)而致密的TiO2功能性薄膜，隨著濺射時間、濺射功率與濺射氣壓的變化，薄膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)也會相應的變化。UV測試表明，隨著濺射