一种制备钛酸锌＠二氧化钛多晶纳米电缆的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备钛酸锌＠二氧化钛多晶纳米电缆的方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明专利技术包括三个步骤：（１）配制纺丝液。将硝酸锌和聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）加入到Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺中，形成芯层纺丝液；将ＰＶＰ加入到钛酸丁酯和无水乙醇的混合液中，形成壳层纺丝液。（２）制备［ＰＶＰ＋Ｚｎ（ＮＯ３）２］＠［ＰＶＰ＋Ｔｉ（ＯＣ４Ｈ９）４］复合纳米纤维。采用同轴静电纺丝技术，电压１２～１５ｋＶ。（３）制备ＺｎＴｉＯ３＠ＴｉＯ２多晶纳米电缆。将复合纳米纤维热处理得到ＺｎＴｉＯ３＠ＴｉＯ２多晶纳米电缆，电缆直径１８０－２４０ｎｍ，芯层直径１６０－２００ｎｍ，壳层厚度１０－２０ｎｍ，电缆长度＞５００μｍ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无机纳米材料制备
，具体说涉及一种制备钛酸锌@ 二氧化钛多晶纳米电缆的方法。
技术介绍
—维纳米结构材料的制备及性质研究是目前材料科学研究领域的前沿热点之一。 纳米电缆(Nanocables)由于其独特的性能、丰富的科学内涵、广阔的应用前景以及在未来 纳米结构器件中占有的重要战略地位，近年来引起了人们的高度重视。同轴纳米电缆的 研究起步于90年代中期，2000年以后发展比较迅猛，到目前为止，人们采用不同的合成方 法，不同种类的物质已成功制备出了上百种同轴纳米电缆，如Fe/C、 Zn/ZnO、 C/C、 SiC/C、 SiGaN/SiOxNy以及三层结构的Fe-C-BN和a _Si3N4-Si_Si02等。根据纳米电缆芯层和鞘层 材质不同可分为以下几类半导体_绝缘体、半导体_半导体、绝缘体_绝缘体、高分子_金 属、高分子-半导体、高分子-高分子、金属-金属、半导体-金属等。在过去的十多年中，人 们在原有制备准一维纳米材料的基础上开发出许多制备同轴纳米电缆的方法，如水热法、 溶胶_凝胶法、基于纳米线法、气相生长法、模板法等。继续探索新的合成技术，不断发展和 完善同轴纳米电缆的制备科学，获得高质量的同轴纳米电缆，仍是目前同轴纳米电缆研究 的主要方向。 ZnTi03是一种重要的无机功能材料，广泛用于微波介电陶瓷、固体氧化物燃料电 池电极、金属-空气隔绝材料、气敏传感器、高温脱硫吸附剂、烷烃脱氢催化剂等。目前已 经制备的ZnTi03纳米材料的形态包括纳米粒子、纳米薄膜等。徐静等，采用沉淀法以氨 水为沉淀剂制备了纳米ZnTi03粉体(鞍山科技大学学报，2007，30(5)，453-455);曾东等， 采用沉淀法以Na(OH)为沉淀剂制备了纳米ZnTi03粉体(北京化工大学学报，2005， 32 (5)， 39-42);李哲等，采用沉淀法制备了纯立方相偏钛酸锌纳米粉(稀有金属材料与工程， 2008， 37 (AOl)， 303-306);郭光美等，采用均相沉淀法制备了钛酸锌纳米粉(无机盐工业， 2006， 38 (6) ，36-38);蒋正静等，采用溶胶-凝胶法制备了纳米级钛酸锌粉体(光谱实验室， 2002， 19 (5) ，593-595);林元华等，采用沉淀溶出法制备了纳米钛酸锌粉体(无机盐工业， 1998， 30 (4) ，13-14) ;A.R.Phani， et al采用微波辐射与溶胶_凝胶法相结合技术制备了 ZnTi。3纳米薄膜(Journal of Physics andChemistry of Solids, 2007， 68 (3) ， 317-323); M. R. Mohammadi， et al采用水溶液沉淀溶胶_凝胶技术制备了 ZnTi03纳米薄膜和纳米粒子 (Journal of the European Ceramic Society,2010，30 (4)，947-961) ;Yee-Shin Chang， et al采用溶胶-凝胶技术制备了 ZnTi03纳米粉体(Journal ofCrystal Growth, 2002， 243(2) ，319-326) ;Yin-Lai Chai， et al等采用Pechini process制备了 ZnTi03纳米晶 (Materials Research Bulletin, 2008， 43 (5) ， 1066—1073) ;Liqiu Wang， et al采用硬月旨 酸凝胶法制备了 ZnTi03纳米粉体(Journal of Crystal Growth, 2009， 311 (3) ， 611-614); ShufenWang， et al采用溶胶-凝胶法制备了 ZnTi03纳米晶(Materials Research Bulletin, 2003， 38 (8) ，1283-1288)。 Ti02是一种重要的氧化物陶瓷，也是一种重要的半导体材料。它有着独特的光学、电学及化学性质，优良的化学稳定性，能够抵抗介质的电化学 腐蚀，已被广泛应用于涂料、化妆品、半导体、传感器、介电材料、催化剂等领域。已被广泛应 用于涂料、化妆品、半导体、传感器、介电材料、催化剂等领域。可以采用多种方法制备不同 形貌的Ti02纳米材料。ZnTi03和Ti02纳米复合材料，即ZnTi03@Ti02纳米电缆可望具有重 要应用。目前关于ZnTi03@Ti02纳米电缆鲜见报道。 专利号为1975504的美国专利公开了一项有关静电纺丝方法(electrospinning) 的技术方案，该方法是制备连续的、具有宏观长度的微纳米纤维的一种有效方法，由 Formhals于1934年首先提出。这一方法主要用来制备高分子纳米纤维，其特征是使带电 的高分子溶液或熔体在静电场中受静电力的牵引而由喷嘴喷出，投向对面的接收屏，从而 实现拉丝，然后在常温下溶剂蒸发，或者熔体冷却到常温而固化，得到微纳米纤维。近10年 来，在无机纤维制备
出现了采用静电纺丝方法制备无机化合物如氧化物纳米纤维 的技术方案，所述的氧化物包括Ti02、 Zr02、 Y203、 Ni0、 Co304、 Mn203、 Mn304、 CuO、 Si02、 A1203、 V205、ZnO、Nb205、Mo03等金属氧化物。将静电纺丝技术进行改进，采用同轴喷嘴，将纺丝溶液 分别注入到内管和外管中，当加高直流电压时，内外管中的溶液同时被电场力拉出来，固化 后形成同轴纳米电缆，该技术即是同轴静电纺丝技术。王策等用该技术制备了二氧化硅@ 聚合物同轴纳米纤维(高等学校化学学报，2005，26(5) :985-987);董相廷等利用该技术制 备了 Ti02@Si02亚微米同轴电缆(化学学报，2007，65(23) :2675-2679) 、ZnO@Si02同轴纳米 电缆(无机化学学报，2010， 26(1)， 29-34) 、 Al203/Si02同轴超微电缆(硅酸盐学报，2009， 37 (10) ，1712-1717) ;Han， et al采用该技术制备了 PC (Shell)/PU (Core)复合纳米纤维 (Polymercomposites， 2006， 10 :381-386)。目前，未见利用同轴静电纺丝技术制备ZnTi03@ Ti02纳米电缆的相关报道。 利用静电纺丝技术制备纳米材料时，原料的种类、高分子模板剂的分子量、纺丝液 的组成、纺丝过程参数和热处理工艺对最终产品的形貌和尺寸都有重要影响。本专利技术采 用同轴静电纺丝技术，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、钛酸丁酯和无水乙醇的混合液为壳层溶 液，以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、六水硝酸锌、N， N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶液为芯层 溶液，控制壳层和芯层溶液的粘度至关重要，在最佳的工艺条件下，获得@ 复合纳米纤维，再经过高温处理后，得到结构新颖的ZnTi03@Ti02多晶纳 米电缆。
技术实现思路
在
技术介绍
中的制备ZnTi03和Ti02纳米粒子、纳米薄膜等的方法中，采用的是沉 淀法、均相沉淀法、溶胶_凝胶法等。
技术介绍
中的使用同轴静电纺丝技术制备的无机物@ 无机物、无机物@高分子及高分子@高分子纳米电缆，所使用的原料、模板剂、溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备钛酸锌＠二氧化钛多晶纳米电缆的方法，其特征在于，使用同轴静电纺丝技术，采用同一种高分子为模板剂，壳层纺丝液和芯层纺丝液为不互溶的两种纺丝液，制备产物为钛酸锌＠二氧化钛多晶纳米电缆，其步骤为：（１）配制纺丝液纺丝液中钛源使用的是钛酸丁酯，高分子模板剂采用聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ，分子量Ｍｒ＝１３０００００），锌源使用六水硝酸锌，溶剂采用无水乙醇和Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ），将六水硝酸锌和聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）加入到Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）中，室温下磁力搅拌４～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成芯层纺丝液，芯层纺丝液中各物质的质量百分比为：ＰＶＰ１５～１８％，硝酸锌８～１０％，ＤＭＦ７２～７７％，将一定量的聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ）加入到钛酸丁酯和无水乙醇的混合液（体积比１∶４）中，室温下磁力搅拌３～６ｈ，并静置２～３ｈ，即形成壳层纺丝液，壳层纺丝液中各物质的质量百分比为：ＰＶＰ１０～１５％，乙醇＋钛酸丁酯占８５～９０％；（２）制备［ＰＶＰ＋Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］］＠［ＰＶＰ＋Ｔｉ（ＯＣ↓［４］Ｈ↓［９］）↓［４］］复合纳米纤维采用同轴静电纺丝技术，参数为：同轴喷嘴的构成采用内喷针为截平后的１０＃不锈钢注射针（外径＝１．０ｍｍ，内径＝０．７ｍｍ），外喷针为１２＃不锈钢针头（外径＝１．４ｍｍ，内径＝１．２ｍｍ），将两个喷针套好后固定，将配制好的壳层纺丝液置于同轴纺丝装置的外管中，内管中加入芯层纺丝液，调节内外喷嘴的间隙以保证外液顺利地流出，电压为１２～１５ｋＶ；喷嘴到接收屏的固化距离为１０～１５ｃｍ；室内温度２２～２８℃，相对湿度为４５％～５５％；（３）制备ＺｎＴｉＯ↓［３］＠ＴｉＯ↓［２］多晶纳米电缆对所获得的［ＰＶＰ＋Ｚｎ（ＮＯ↓［３］）↓［２］］＠［ＰＶＰ＋Ｔｉ（ＯＣ↓［４］Ｈ↓［９］）↓［４］］复合纳米纤维进行热处理，技术参数为：升温速率为１～２℃／ｍｉｎ，在８００℃保温８～１０ｈ，自然降至室温，至此得到ＺｎＴｉＯ↓［３］＠ＴｉＯ↓［２］多晶纳米电缆。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王进贤，董相廷，张立斌，刘桂霞，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]