【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于功能纤维领域，具体涉及一种基于浸渍和冷冻干燥工艺制备的空心功能纤维及其方法。
技术介绍
1、空心纤维在储能、过滤、吸波屏蔽等诸多领域有巨大的应用价值。以纤维状储能领域为例，其衍生出的维电极可制备成纤维状储能器件，其具有的编织和柔性特性成为穿戴式储能的热点发展对象。浸渍工艺是制备纤维电极最高效的技术手段，其往往以模版和活性材料结合的方式制备电极材料，传统的制备方法用湿法纺丝的纤维为模版，然而湿法纺丝的纤维由于凝固技术的限制其直径只有几十微米且比表面积的较小通过浸渍工艺负载的活性物质有限，因此在储能领域其单位长度容量很低无法满足实际应用，其过程如图1(a)所示。为了解决此问题，科研工作者利用纤维束模版负载活性物质，其过程如图1(b)所示，此模版高的比表面积使得负载的活性物质增加，然而，此模版的堆积密度过高，不利于凝胶类浸润，造成电解液和活性物质接触不充分，因此其凝胶全固态的储能器件表现出交差的容量和倍率。具有蓬松特性的纤维状气凝胶模版是解决以上问题的关键，然而此模版仅有两种且无法通过浸渍工艺负载物质，对其形成空心纤维的技术并无报道。图1(c)所示是本毫米直径空心纤维先对于其他两类纤维的优势图，本专利技术制得的本毫米直径空心纤维具有高负载量和凝胶浸润性良好的优点。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于浸渍和冷冻干燥工艺制备的空心功能纤维及其方法，以填补在此方向上的空白，其可应用储能、过滤等诸多场景。
2、具有蓬松特性的纤维状气凝胶模版其空间结构可负载较多的活
3、为了解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
4、一种基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，包括以下步骤：
5、(1)选取纳米分散液；
6、(2)利用旋转收集技术收集静电纺甘油改性的聚丙烯腈纤维制备纤维模版；
7、(3)利用步骤(2)中的纤维模板浸渍步骤(1)中的纳米分散液，通过调整颗颗粒大小和浓度及冷冻干燥工艺制得多孔空心功能纤维。
8、进一步地，步骤(1)中所述的纳米分散液包括碳颗粒分散液、氧化铁分散液中的一种或多种。
9、进一步地，所述的碳颗粒分散液为碳纳米颗粒分散液bp2000。
10、进一步地，所述的碳纳米颗粒分散液bp2000的的质量分数为5％，所述的氧化铁分散液的质量分数为30％。
11、进一步地，所述的纳米分散液的粒径在100nm级别以内。
12、进一步地，所述的纳米分散液的尺寸控制在2％～20％。
13、进一步地，步骤(2)中所述的纤维模版为毫米直径的纤维模版。
14、进一步地，步骤(2)中利用旋转收集技术收集静电纺甘油改性的聚丙烯腈纤维制备纤维模版的方法，包括以下步骤：将dmf和甘油以质量比5.7:0.6的比例制备成混合溶液，将质量分数为10％聚丙烯腈分散到溶液中，加热到70℃制备纺丝液体，用旋转收集得到直径1-5毫米直径纤维状气凝胶模版。
15、进一步地，步骤(3)中所述的颗粒大小小于100nm，与纤维的直径相匹配。
16、进一步地，步骤(3)中冷冻干燥在干燥在零下70℃处理20～30min。
17、本专利技术与现有技术相比，具有以下的优势：
18、(1)本专利技术制备的空心纤维采用的是浸渍冷干工艺简单可行；
19、(2)本专利技术空心纤维的负载量和种类可控可实现多场景的应用；
20、(3)本专利技术的空心纤维由于材料和模版的良好匹配浸渍之后纤维留有丰富的孔道有利于凝胶的全浸润，有利于制备全凝胶态储能器件，也可利用凝胶对纤维内部材料进行保护，其能够全覆盖原理图如图2所示；
21、(4)本专利技术只有选取合适的尺寸以及浓度的具有一定刚性的纳米颗粒进行填充才能够实现空心结构，并使得整体的纤维具有良好的凝胶浸润特性。
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1.一种基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的纳米分散液包括碳颗粒分散液、氧化铁分散液中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的碳颗粒分散液为碳纳米颗粒分散液BP2000。
4.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的碳纳米颗粒分散液BP2000的的质量分数为5％，所述的氧化铁分散液的质量分数为30％。
5.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的纳米分散液的粒径在100nm级别以内。
6.根据权利要求5所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的纳米分散液的尺寸控制在2％～20％。
7.根据权利要求1所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，步骤(2)中利用旋转收集技术收集静电
8.根据权利要求1所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，步骤(3)中所述的颗粒大小小于100nm，与纤维的直径相匹配。
9.根据权利要求1所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，步骤(3)中冷冻干燥在干燥在零下70℃处理20～30min。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述制备方法制备的空心功能纤维。
...【技术特征摘要】
1.一种基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的纳米分散液包括碳颗粒分散液、氧化铁分散液中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的碳颗粒分散液为碳纳米颗粒分散液bp2000。
4.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的碳纳米颗粒分散液bp2000的的质量分数为5％，所述的氧化铁分散液的质量分数为30％。
5.根据权利要求2所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其特征在于，所述的纳米分散液的粒径在100nm级别以内。
6.根据权利要求5所述的基于浸渍和冷冻干燥工艺制备空心功能纤维的方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖浩然，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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