三维纳米结构的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种三维纳米结构的构建方法，采用静电纺丝将纺丝液形成纳米纤维，并通过复合接收模板接收该纳米纤维，从而形成具有花纹图案的三维纳米结构；其中，所述复合接收模板包括底板和导电面板，所述导电面板包括用于形成所述花纹图案的网格；所述底板和所述导电面板紧密贴合，且所述底板具有第一电导率，所述导电面板具有第二电导率；以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10

Construction method of three-dimensional nanostructure

The invention discloses a method for constructing a three-dimensional nano structure, by electrospinning the spinning solution to form nano fiber, and receives the composite nanofibers by receiving the template to form a three-dimensional nano structure with pattern; among them, the composite receiving template comprises a bottom plate and a conductive panel, the conductive panel includes forming for grid the pattern; the bottom plate and the conductive panel tightly, and the base plate has a first conductivity, the conductive panel has second conductivity; in S/m, the ratio of the first and second conductivity conductivity is less than or equal to 1 x 10

【技术实现步骤摘要】
三维纳米结构的构建方法
本专利技术涉及一种三维纳米结构的构建方法，尤其是一种模板辅助的三维纳米结构的构建方法。
技术介绍
静电纺丝技术可以获得直径为几个纳米到几个微米的各种超细纤维，是最具有大规模生产制造纳米纤维材料的重要方法之一。通常的静电纺丝纤维集合体是以无规取向纤维构成的无纺布性质存在。当带电的聚合物液滴受到电场力的作用在纺丝喷嘴(或者其他形式的纺丝喷头)处形成泰勒锥且电荷密度足够高的时候，同种电荷之间的静电排斥力会克服聚合物液体的表面张力使聚合物液体分裂成若干射流。射流在高压电场力的作用下不断拉升，形成纳米或者亚微米级纤维，并以无序状排列在收集装置上。例如，CN102652189A公开了一种纳米纤维制造装置，包括：流出体(115)，具有使原料液(300)流出到空间中的流出孔(118)；带电电极(128)，以与流出体(115)隔开规定的间隔而被配置；带电电源(122)，将规定的电压施加到流出体(115)与带电电极(128)之间；诱引电极(121)，是用于产生诱引在空间中被制造的纳米纤维(301)的电场的电极，该诱引电极(121)的表面具有使诱引的纳米纤维(301)堆积的呈面状的堆积区域A；诱引电源(123)，向所述诱引电极(121)施加规定的电位；以及绝缘层(101)，被配置在整个所述堆积区域(A)，并抑制因被堆积到堆积区域(A)的纳米纤维而造成的电阻值的不均匀。该装置可以制造膜厚均一且质量均一的纳米纤维的堆积物，但纳米纤维是无序排列的。并且，该专利文献教导纳米纤维堆积区域的电阻值要保持一致。又如，CN102517800A公开了一种控制二维和三维结构纳米纤维组装的静电纺丝方法，包括自组装三维结构纳米纤维、三维堆垛到二维薄膜的转变和二维堆垛到三维薄膜的转变三个工艺步骤；利用现有的静电纺丝装置，将高压直流电源的正极接到纺丝针头上，纤维收集装置为接地铝箔，在静电场作用下，带正电荷的纺丝溶液从纺丝针头喷射出来，产生拉伸或劈裂细化，形成微纳米纤维落到接地铝箔上；再经过三维堆垛到二维薄膜的转变和二维堆垛到三维薄膜的转变实现自由控制。将纳米纤维定向排列是近些年来新的研究热点。CN104894750A公开了一种力敏可拉伸电纺图案化导电纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：(1)高分子聚合物和导电聚合物充分混合溶于有机溶剂中配制成纺丝前驱体溶液；(2)用图案化的收集模版作为静电纺丝收集极电纺纳米纤维，在收集模版上形成无纺布形式的图案化导电纳米纤维膜，从收集模版上取下图案化导电纳米纤维膜即可得力敏可拉伸电纺图案化导电纳米纤维膜；所述收集模版为金属模版、半导体模版或绝缘塑料模板，收集模版上设置有镂空或突起的图案结构。CN102691176A公开了一种利用绝缘接收模板静电纺制备图案化纳米纤维膜的方法，具体步骤包括：(1)将高分子聚合物溶于溶剂中，搅拌至完全溶解，得到纺丝溶液；(2)以上述纺丝溶液进行静电纺丝，以表面具有拓扑结构的绝缘物质作为静电纺丝接收装置，即得到图案化纳米纤维膜。CN105887333A公开了一种三维曲折纳米纤维膜的静电纺丝方法，在静电纺丝过程中通过采用曲折模板接收技术、针头三维立体排布技术和梯度电场循环纺丝技术，获得具有粘连-蓬松层叠结构的三维曲折纳米纤维复合膜。上述方法均采用具有相同电导率的模板作为接收模板，因而存在模板单一的问题。
技术实现思路
为了拓宽接收模板的范围，本申请的专利技术人进行了深入研究。令人惊喜地发现，以电导率低的材料为底板、以导电材料为面板形成的复合接收模板可以获得取定向排列的纳米纤维网。采用图案化的复合接收模板可以获得有序排列的花纹图案。此外，通过控制复合接收模板的电导率可获得在花纹图案中的至少一部分纳米纤维呈三维无序排列的纳米纤维网。本专利技术的目的在于提供另外的三维纳米结构的构建方法，具体技术方案如下：一种三维纳米结构的构建方法，采用静电纺丝将纺丝液形成纳米纤维，并通过复合接收模板接收该纳米纤维，从而形成具有花纹图案的三维纳米结构；其中，所述复合接收模板包括底板和导电面板，所述导电面板包括用于形成所述花纹图案的网格；所述底板和所述导电面板紧密贴合，且所述底板具有第一电导率，所述导电面板具有第二电导率；以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10-3。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述导电面板的长度为5～500cm、宽度为5～500cm和厚度为0.1～5mm；所述网格的形状选自三角形、四边形、六边形、八边形、圆形或者无规则图形组成的组中的一种或多种，且所述网格的线宽为0.1～2mm。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述底板的长度为5～500cm、宽度为5～500cm和厚度为0.01～500mm。根据本专利技术的构建方法，优选地，以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10-5。根据本专利技术的构建方法，优选地，第一电导率为1×10-13～1×102S/m；且第二电导率为1×105～1×1010S/m。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述导电面板为两块以上，这些导电面板以重叠或交错的排布方式设置在所述底板上。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述花纹图案中的至少一部分纳米纤维呈三维无序排列。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述底板还包括导电涂层，该导电涂层至少部分覆盖在所述底板上，用以增加所述底板的导电性。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述底板为尼龙塑料片，所述网格为铜网格，所述导电涂层由镍纳米颗粒或金纳米颗粒形成。根据本专利技术的构建方法，优选地，所述纺丝液为聚苯乙烯浓度为2～20wt％的N,N-二甲基甲酰胺溶液，所述静电纺丝装置为单针静电纺丝装置，静电纺丝工艺参数如下：针头内径为0.1～1mm，进液速率为0.1～2.0mL/h，纺丝电压为10～50kV，纺丝距离为10～100cm，纺丝环境温度为10～90℃，且纺丝环境湿度为20％～80％。通过采用不同电导率的底板和面板形成复合接收模板，从而拓宽了现有接收模板的范围。复合接收模板形成电导率不同的区域。静电纺丝过程中形成的纳米或亚微米纤维避开电导率极低的区域，优先沉降在电导率高的区域。这样就可以获得具有花纹图案的纳米纤维结构。根据本专利技术优选的技术方案，适当提高底板电导率，可以使得静电纺丝过程中形成的纳米或亚微米纤维优先沉降在电导率高的区域，部分沉降在电导率适中的区域，并在两个区域之间呈三维无序排列。附图说明图1a为本专利技术的一种复合接收模板的结构示意图。图1b为本专利技术的一种复合接收模板的截面示意图。图2为本专利技术的导电面板的各种网格形状。图3为实施例1的图案化的三维纳米纤维结构。附图标记说明如下：200-复合接收模板；201-底板；202-导电面板。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术的三维纳米结构表示由纳米纤维形成的结构，例如三维纳米纤维网。本专利技术的纳米纤维包括纳米级和亚微米级的纤维，为了表述方便，统称为纳米纤维。如图1a和1b所示，复合接收模板200包括底板201和导电面板202，导电面板202包括用于形成所述花纹图案的网格；底板201和导电面板202紧密贴合。作为优选，底板201的电导率是可控的，亦即可以调整电导率。所谓的“网格”表示该导电面板具有一定规律排列的镂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维纳米结构的构建方法，其特征在于，采用静电纺丝将纺丝液形成纳米纤维，并通过复合接收模板接收该纳米纤维，从而形成具有花纹图案的三维纳米结构；其中，所述复合接收模板包括底板和导电面板，所述导电面板包括用于形成所述花纹图案的网格；所述底板和所述导电面板紧密贴合，且所述底板具有第一电导率，所述导电面板具有第二电导率；以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10

【技术特征摘要】
1.一种三维纳米结构的构建方法，其特征在于，采用静电纺丝将纺丝液形成纳米纤维，并通过复合接收模板接收该纳米纤维，从而形成具有花纹图案的三维纳米结构；其中，所述复合接收模板包括底板和导电面板，所述导电面板包括用于形成所述花纹图案的网格；所述底板和所述导电面板紧密贴合，且所述底板具有第一电导率，所述导电面板具有第二电导率；以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10-3。2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述导电面板的长度为5～500cm、宽度为5～500cm和厚度为0.1～5mm；所述网格的形状选自三角形、四边形、六边形、八边形、圆形或者无规则图形组成的组中的一种或多种，且所述网格的线宽为0.1～2mm。3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述底板的长度为5～500cm、宽度为5～500cm和厚度为0.01～500mm。4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，以S/m为单位，第一电导率和第二电导率的比值小于等于1×10-5。5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖磊，王祺琦，崔屹，杨秋，
申请(专利权)人：深圳市四清空气技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44