具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102234846A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102234846A(43)申请公布日2011.11.09(21)申请号201010162567.0D01D5/098(2006.01)(22)申请日2010.04.28(71)申请人中国科学院化学研究所地址100190北京市海淀区中关村北一街2号(72)发明人陈洪燕王女邸建城赵勇江雷(74)专利代理机构上海智信专利代理有限公司31002代理人李柏(51)Int.Cl.D01D5/00(2006.01)D01D5/28(2006.01)D01D5/24(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图3页(54)发明名称具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法(57)摘要本发明属于具有微米与纳米复合结构的材料，特别涉及一种具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法。所述的核/壳纤维是在具有微米级的中空管状结构的微米管的内部嵌套有独立的纳米线；所述的微米管材料和纳米线材料是相同或不相同的聚合物材料或无机氧化物材料。本发明的制备方法为三流体同轴静电纺丝法，是将三根不同粗细的不锈钢喷管同轴组装作为喷丝头，每根喷管内通过供液系统分别通入相应的液体进行复合电纺，形成三层核/壳结构的纤维；进一步将中层材料除去留下中空管状结构，获得“微米管套纳米线”结构的核/壳纤维。本发明提出的三流体复合静电纺丝法提供了更普适的核/壳纤维的制备方法。CN1023486ACCNN110223484602234848A权利要求书1/2页1.一种具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维，其特征是：所述的核/壳纤维是在具有微米级的中空管状结构的微米管的内部嵌套有独立的纳米线；所述的微米管材料和纳米线材料是相同或不相同的聚合物材料或无机氧化物材料。2.根据权利要求1所述的具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维，其特征是：所述的聚合物选自聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈、聚醚、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丙基丙稀酰胺、聚苯撑乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧乙烯、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-聚羟乙酸、壳聚糖、胶原蛋白、聚己内酯所组成的组中的至少一种。3.根据权利要求1所述的具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维，其特征是：所述的无机氧化物选自TiO2、SiO2、ZrO2、SnO2、Al2O3、CuO、NiO、GeO2、V2O5、Mn3O4、ZnO、Co3O4、Nb2O5、CeO2、LiMnO4、Fe3O4所组成的组中的至少一种。4.一种根据权利要求1～3任意一项所述的具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维的制备方法，该方法是利用的三流体同轴静电纺丝装置进行三流体同轴静电纺丝，其特征是：该方法包括以下步骤：(1)将选用的制备微米管的聚合物溶液或无机氧化物前驱体溶液作为外流体，通过供液系统以3～8mL·h-1的速度注入三流体同轴静电纺丝装置的复合喷丝头的毫米粗细的外喷管；将选用的起分隔和占位作用的保护流体材料作为中流体，通过供液系统以1～4mL·h-1的速度注入三流体同轴静电纺丝装置的复合喷丝头的粗细大于内喷管小于外喷管的中喷管；将选用的制备纳米线的聚合物溶液或无机氧化物前驱体溶液作为内流体，通过供液系统以0.1～1mL·h-1的速度注入三流体同轴静电纺丝装置的复合喷丝头的毫米粗细的内喷管；三种流体在复合喷丝头的喷口处相遇形成复合液滴；(2)在三流体同轴静电纺丝装置的复合喷丝头和收集板间施加高压电场进行三流体同轴静电纺丝，调节复合喷丝头与收集板间的工作距离为10～30cm，工作电压为10～40kV；在高压静电力的作用下，三种流体被共同拉伸、细化，聚合物溶液或无机氧化物前驱体溶液中的溶剂挥发后形成具有三层核/壳结构的纤维，并以无纺布纤维膜的形式收集到收集板上；(3)将步骤(2)中所得产品中的由保护流体材料得到的中层材料采用萃取或煅烧的方式除去，得到在具有微米级的中空管状结构的微米管的内部嵌套有独立的纳米线的核/壳纤维；其中：当制备微米管和纳米线的材料都为无机氧化物材料时，选用无机氧化物前驱体溶液分别作为内外流体，并将步骤(2)所得产品煅烧除去由保护流体材料得到的中层材料并结晶化无机氧化物，煅烧温度为400～1000℃，时间为2～10小时，升温速率为1℃/min，自然冷却至室温；当制备微米管和纳米线的材料都为聚合物材料时，选用聚合物溶液分别作为内外流体，并将步骤(2)所得产品用溶剂萃取除去由保护流体材料得到的中层材料；所述的保护流体材料选自液体石蜡油、橄榄油、花生油、大豆油、色拉油、机油中的一种；或选自上述的油包水的乳液中的一种，或选自乙二醇、丙三醇中的一种。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征是：所述的萃取使用的溶剂选自乙