本发明专利技术属于光电功能纳米材料技术领域，具体涉及一种高透明的柔性金属纳米纤维膜及其制备方法，主要是先通过静电纺丝制备聚合物纳米纤维为基底，然后采用静电喷雾方法将金属化合物沉积在聚合物纳米纤维表面，通过高温分解去除有机物纤维芯儿获得中空结构的无机金属纳米纤维，最后经过还原反应，得到高透明的柔性中空金属纳米纤维膜。本发明专利技术制备的金纳米纤维膜，具有柔软、高导电性、高的可见光透过性、近红外反射特性；静电纺丝法制备的柔性透明导电金属纤维膜的尺寸可控、重复性高、工艺简单、效率高、成本低，可实现产业化的制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种高透明的柔性中空金属纳米纤维膜及其制备。
技术介绍
高透明的金属薄膜具有高导电、防电磁波、抗静电、保温隔热等优异性能在光学器件、军事及民用领域具有广泛的应用。与传统的无机陶瓷膜相比，金属薄膜在机械强度、韧性，热稳定性好等更具有明显优势。薄膜的制备方法主要有液相法和气相沉积法。液相法主要包括电镀和化学镀。液相法虽然也能制备光学级的金属薄膜，但膜层质量较差，厚度不易精确控制，污染严重，已基本被气相沉积法取代。气相沉积法绝大部分是在真空下进行的，通常称为真空镀膜。物理气相沉积最适合于金属薄膜的镀制，镀层附着力强、工艺温度低、镀层纯度高、结构致密、对环境无污染，具有广阔的发展前景，但这种方法首先需要制备高精度和高纯度的靶材，并且需要昂贵的真空制备，所以工业成本高，不利于工业化生产。 特别是具有中空结构的无机纳米纤维膜由于其低密度、高长径比等特殊的结构，化学性能优异，在传感器，光电学，催化等反面应用广泛。近年来，为了增大无机纳米纤维的比表面积以提高其原有性能，人们常通过下列方法设计并制备中空无机纳米纤维:以静电纺制备的聚合物纳米纤维为模板，通过化学沉积，然后烧结得到中空无机纳米纤维。但是，该方法制备无机纳米纤维，需经过化学反应形成外壳，因此制约了一些无机中空纳米结构材料的制备。而且，有关具有高导电、高光学透明、有红外反射柔性中空金属纳米纤维膜的制备还鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术提出一种成本低的高透明的柔性中空金属纳米纤维膜及其制备方法，这种高透明的柔性中空金属纳米纤维膜制备方法，主要是先通过静电纺制备聚合物纳米纤维为基底，然后采用静电喷雾方法将金属化合物前驱体沉积在聚合物纳米纤维表面，通过高温分解去除有机物纤维芯儿获得中空结构的无机纳米纤维，后经过还原反应，得到高透明的柔性中空金属纳米纤维膜。该自支撑的中空金属纳米纤维膜具有高导电性、高的光学透明性、以及近红外反射等特点，在塑料薄膜太阳能电池、柔性电光器件、透明电极、高效保温隔热等领域有巨大的潜在应用价值。 制备本专利技术高透明的柔性中空金属纤维膜包括有以下步骤: 步骤一:聚合物纳米纤维膜基板的制备； (A)将聚合物溶解于第一溶剂中，混合均匀得到静电纺丝用溶液；1重量份的聚合物中加入5?20重量份的第一溶剂； 选取的聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种； 选取的第一溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种； (B)将静电纺丝溶液通过静电纺丝设备电纺获得聚合物纳米纤维膜的基底； 设置静电纺丝设备的工作电压为10?30kV，喷射口到基底的距离为10?30cm，静电纺丝的进料速度为0.1?1.0mL/h,电纺时间为10?60min ； 步骤二:复合纤维膜的制备； (A)将金属化合物、聚合物溶解于第二溶剂中，混合均匀得到静电喷雾用溶液；I重量份的聚合物中加入I?10重量份的金属化合物，2.5?5重量份的第二溶剂； 选取的金属化合物是含有Au、Ag、Al、Cu金属的可溶性化合物溶液，如氯金酸H3AuCl6,硝酸银AgNO3,三氯化铝AlCl3,硝酸铝Al (NO3) 3，硫酸铝Al2 (SO4) 3，硫酸铜CuSO4,硝酸铜 Cu (NO3)2 ； 选取的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种； 选取的第二溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种； (B)将静电喷雾溶液通过静电纺丝设备直接喷雾到步骤一得到的聚合物纳米纤维基底上，制得金属化合物和聚合物的复合纳米纤维膜； 设置静电纺丝设备的工作电压为7?30kV，喷射口到聚合物纤维基底(在步骤一中制得的)的距离为4?15cm，进料速度为0.02?0.2mL/h，静电喷雾的时间为I?30min ； 步骤三:中空金属氧化物纤维膜的制备 将步骤二制得的复合纤维膜，置于程序控温马弗炉中，在空气氛围下，升温速率为0.5?10°C /min，升温至400?1000°C，在400?1000°C温度下煅烧I?8小时，得到中空金属氧化物纤维膜； 步骤四:金属纤维膜的制备 将步骤三制得的中空金属氧化物纤维膜，置于管式炉中，在氢气或一氧化碳氛围下，升温速率为0.5?10°C /min，升温至300?800°C，在300?800°C温度下煅烧时间1min?6小时,得到空心金属纳米纤维膜。 经本专利技术方法获得的空心金属纳米纤维的直径为30?150nm。 与现有技术相比，本专利技术的优点在于: ①制备出的高反射、透明的柔性中空金属纤维膜，具有高光学透明性、高导电性、近红外反射性。 ②静电纺丝法制备的空心金属纤维膜的尺寸可控，重复性高、工艺简单、效率高、成本低，可实现产业化的制备。 【附图说明】 图1是本专利技术制得的聚合物纳米纤维基底的扫描电镜图。 图2是本专利技术金属纳米纤维的扫描电镜图。 图3是本专利技术金属纳米纤维膜弯曲的光学照片。 图4是本专利技术金属纳米纤维膜的紫外可见光谱图。 【具体实施方式】 下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。 制备本专利技术高透明的柔性中空金属纤维膜包括有以下步骤: 步骤一:聚合物纳米纤维膜基板的制备； (A)将聚合物溶解于第一溶剂中，混合均匀得到静电纺丝用溶液；用量:1重量份的聚合物中加入5?20重量份的第一溶剂； 选取的聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种。在本专利技术中，当选用两种聚合物组合时，所需用量选取1:1?1:10重量份。 选取的第一溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种。在本专利技术中，当选用两种溶剂组合时，所需用量选取1:1?1:10重量份。 (B)将静电纺丝溶液通过静电纺丝设备电纺获得聚合物纳米纤维膜的基底； 设置静电纺丝设备的工作电压为10?30kV，喷射口到基底的距离为10?30cm，静电纺丝的进料速度为0.1?1.0mL/h,电纺时间为10?60min。 静电纺丝中使用的基底为铝箔纸、铁丝网、或者铜丝网。 步骤二:复合纤维膜的制备； (A)将金属化合物、聚合物溶解于第二溶剂中，混合均匀得到静电喷雾用溶液；用量:1重量份的聚合物中加入I?10重量份的金属化合物，2.5?5重量份的第二溶剂； 在本专利技术中，选取的金属化合物是含有Au、Ag、Al金属的可溶性化合物溶液，如H3AuCl6, AgNO3, AlCl3, Al (N03) 3，Al2 (S04) 3，CuSO4, Cu (NO3) 2 ； 选取的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种制备高透明的柔性中空金属纳米纤维膜的方法，其特征在于有下列步骤：步骤一：聚合物纳米纤维膜基板的制备；(A)将聚合物溶解于第一溶剂中，混合均匀得到静电纺丝用溶液；1重量份的聚合物中加入5～20重量份的第一溶剂；选取的聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种；选取的第一溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N,N‑二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种；(B)将静电纺丝溶液通过静电纺丝设备电纺获得聚合物纳米纤维膜的基底；设置静电纺丝设备的工作电压为10～30kV，喷射口到基底的距离为10～30cm，静电纺丝的进料速度为0.1～1.0mL/h，电纺时间为10～60min；步骤二：复合纤维膜的制备；(A)将金属化合物、聚合物溶解于第二溶剂中，混合均匀得到静电喷雾用溶液；1重量份的聚合物中加入1～10重量份的金属化合物，2.5～5重量份的第二溶剂；选取的金属化合物是含有Au、Ag、Al金属的可溶性金属化合物溶液，如H3AuCl6，AgNO3，AlCl3，Al(NO3)3，Al2(SO4)3，CuSO4，Cu(NO3)2；选取的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种；选取的第二溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N‑二甲基甲酰胺中的一种或两种；(B)将静电喷雾溶液通过静电纺丝设备直接喷雾到步骤一得到的聚合物纳米纤维基底上，制得金属化合物和聚合物的复合纤维膜；设置静电纺丝设备的工作电压为7～30kV，喷射口到聚合物纤维基底的距离为4～15cm，进料速度为0.02～0.2mL/h，静电喷雾的时间为1～30min；步骤三：中空金属氧化物纤维膜的制备将步骤二制得的复合纤维膜，置于程序控温马弗炉中，在空气氛围下，升温速率为0.5～10℃/min，升温至400～1000℃，在400～1000℃温度下煅烧1～8小时，得到中空金属氧化物纤维膜；步骤四：金属纤维膜的制备将步骤三制得的中空金属氧化物纤维膜，置于管式炉中，在氢气或一氧化碳氛围下，升温速率为0.5～10℃/min，升温至300～800℃，在300～800℃温度下煅烧时间10min～6小时，得到空心金属纳米纤维膜。...
【技术特征摘要】
1.一种制备高透明的柔性中空金属纳米纤维膜的方法，其特征在于有下列步骤: 步骤一:聚合物纳米纤维膜基板的制备； (A)将聚合物溶解于第一溶剂中，混合均匀得到静电纺丝用溶液；1重量份的聚合物中加入5?20重量份的第一溶剂； 选取的聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种； 选取的第一溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种； (B)将静电纺丝溶液通过静电纺丝设备电纺获得聚合物纳米纤维膜的基底； 设置静电纺丝设备的工作电压为10?30kV，喷射口到基底的距离为10?30cm，静电纺丝的进料速度为0.1?1.0mL/h,电纺时间为10?60min ； 步骤二:复合纤维膜的制备； (A)将金属化合物、聚合物溶解于第二溶剂中，混合均匀得到静电喷雾用溶液；1重量份的聚合物中加入I?10重量份的金属化合物，2.5?5重量份的第二溶剂； 选取的金属化合物是含有Au、Ag、Al金属的可溶性金属化合物溶液，如H3AuCl6, AgNO3,AlCl3, Al (N03) 3，Al2 (S04) 3，CuSO4, Cu (NO3) 2 ； 选取的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种； 选取的第二溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱英，孔壮，鹿现永，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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