專利名稱：一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米復合纖維材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在過去十多年的時間里，功能性一維納米結(jié)構(gòu)纖維材料成為納米科學和技術(shù)研究 領(lǐng)域的新型課題。 一維納米結(jié)構(gòu)纖維材料最具魅力的特點表現(xiàn)在它們具有優(yōu)異的電學、光 學、機械以及熱學性質(zhì)。 一維納米結(jié)構(gòu)纖維材料可以作為納米科學和技術(shù)的基本構(gòu)筑基元， 在納米電學及光學器件、傳感器、納米生物技術(shù)等方面具有極其重要的作用。2001年，由半 導體納米線做成的納米電路被美國"Science"雜志評為"科學的重大突破"。2002年英國 "Natur"雜志發(fā)表了一篇報道稱，無論我們怎么稱呼諸如納米線、納米棒、納米須等一維納 米結(jié)構(gòu)材料，對這些材料的研究無疑是納米技術(shù)領(lǐng)域最熱門的課題。目前合成一維納米結(jié) 構(gòu)纖維材料的方法種類豐富，主要有模板法、氣相法、液相法、自組裝法和高壓靜電紡絲法 等。但是現(xiàn)有的這些方法普遍存在著制備成本高，產(chǎn)品純度低、分散性差的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有現(xiàn)有的制作納米結(jié)構(gòu)纖維材料成本高、產(chǎn)品純度低、分散性 差的問題，而提供了一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法。
本發(fā)明一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法按照以下步驟進行制 備一、四氧化三鐵磁流體的制備向四口瓶中加入40 100mL、質(zhì)量濃度為1. 5% 3%的 聚乙烯醇水溶液，然后通入氮氣，升溫至55 65°C ，在轉(zhuǎn)速為900 1100rpm的條件下攪拌 12 18分鐘，再加入4mL的Fe3+和2. 67mL的Fe2+，F(xiàn)e3+和Fe2+的摩爾比為1 1. 5 : l，攪 拌5分鐘后得到混合溶液，再加入3mol/L的氫氧化鈉溶液至混合溶液的pH值為10 12，然 后升溫至70 8(TC后，晶化0. 8 1. 2小時，自然冷卻至室溫，即得到四氧化三鐵磁流體； 二、四氧化三鐵磁流體放入透析袋中用去離子水反復滲析2 5天得到紡絲液；三、將紡絲 液加入到50mL注射器中，將注射器固定在微量注射泵上，注射器針頭內(nèi)徑為0. 5 1. 2mm， 流速為0. 5 1. OmL/h，噴頭到接收電極的距離為5 35cm，紡絲電壓為10 25kV，溫度為 22 28°C ，空氣相對濕度為30% 60% ，接收電極為鋁箔或碳膜銅網(wǎng)，先開啟微量注射泵， 流量穩(wěn)定后，開啟高壓靜電發(fā)生器，進行高壓靜電紡絲，即得到一維單分散超順磁性納米復 合纖維材料。 本發(fā)明采用聚乙烯醇為分散劑，后經(jīng)滲析，濃縮可直接用于紡絲，聚乙烯醇作為分 散劑的同時也作為紡絲的前驅(qū)聚合物，在四氧化三鐵納米粒子包裹一層聚乙烯醇而不發(fā)生 團聚現(xiàn)象，對四氧化三鐵納米粒子起到了很好的保護作用，防止雜質(zhì)污染四氧化三鐵納米 粒子，四氧化三鐵納米粒子的尺寸均一，粒徑分布在5 12nm，當與磁性相關(guān)的特征物理 長度恰好處于納米量級，即當磁體的尺寸小于12nm時，就會呈現(xiàn)反常的磁學性質(zhì)，使得本 發(fā)明制作得到的納米復合纖維具有很好的分散性的同時，又具有了超順磁性。本發(fā)明利 用高壓靜電紡絲技術(shù)制備得到的一維單分散磁性納米復合纖維材料的平均直徑為100
3300nm，纖維直徑分布較窄。本發(fā)明的方法工藝操作簡單，成本較低，與現(xiàn)有方法相比較成本 降低了 20% 50%，通過制作得到納米復合纖維材料的XRD圖譜和透射電鏡圖可知，本發(fā) 明的納米復合纖維材料的純度高，組成均勻，分散性好。 本發(fā)明的一維單分散磁性納米復合纖維材料可用于靶向藥物載體、腫瘤磁熱療、 生物活性物質(zhì)的檢測和分離，隱身吸波材料和屏蔽材料制作。


圖1為具體實施方式
十六制作得到納米復合纖維材料的XRD圖譜；圖2為具體實 施方式十六制作得到納米復合纖維材料的透射電鏡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的 任意組合。
具體實施方式
一 本實施方式一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法 按照以下步驟進行制備一、四氧化三鐵磁流體的制備向四口瓶中加入40 100mL、質(zhì)量 濃度為1. 5% 3%的聚乙烯醇水溶液，然后通入氮氣，升溫至55 65t:，在轉(zhuǎn)速為900 1100rpm的條件下攪拌12 18分鐘，再加入4mL的Fe"禾P 2. 67mL的Fe2+，F(xiàn)e3+和Fe2+的摩 爾比為1 1.5 : 1，攪拌5分鐘后得到混合溶液，再加入3mol/L的氫氧化鈉溶液至混合 溶液的pH值為10 12，然后升溫至70 8(TC后，晶化O. 8 1. 2小時，自然冷卻至室溫， 即得到四氧化三鐵磁流體；二、四氧化三鐵磁流體放入透析袋中用去離子水反復滲析2 5 天得到紡絲液；三、將紡絲液加入到50mL注射器中，將注射器固定在微量注射泵上，注射器 針頭內(nèi)徑為0. 5 1. 2mm，流速為0. 5 1. OmL/h，噴頭到接收電極的距離為5 35cm，紡絲 電壓為10 25kV，溫度為22 28t:，空氣相對濕度為30% 60%，接收電極為鋁箔或碳 膜銅網(wǎng)，先開啟微量注射泵，流量穩(wěn)定后，開啟高壓靜電發(fā)生器，進行高壓靜電紡絲，即得到 一維單分散超順磁性納米復合纖維材料。 本實施方式步驟二中四氧化三鐵磁流體放入透析袋中用去離子水反復滲析以除 去其中的Na+、 C1—、 0H—等未反應(yīng)的離子。 本實施方式利用高壓靜電紡絲技術(shù)制備得到的一維單分散磁性納米復合纖維材 料的平均直徑為100 300nm，纖維直徑分布較窄。本實施方式的方法工藝操作簡單，成本 較低，與現(xiàn)有方法相比較成本降低了 20% 50%，通過本實施方式制作得到納米復合纖維 材料的XRD圖譜和透射電鏡圖可知，本發(fā)明的納米復合纖維材料的純度高，組成均勻，分散 性好。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中加入60 80mL、質(zhì)量濃度為2% 2. 5%的聚乙烯醇水溶液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相 同。 具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中加入50mL、 質(zhì)量濃度為2%的聚乙烯醇水溶液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中加入80mL、 質(zhì)量濃度為2. 5%的聚乙烯醇水溶液。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相同。
實施方式的納米復合纖維材料具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一不 同的是步驟一中加入40mL、質(zhì)量濃度為3X的聚乙烯醇水溶液。其它步驟及參數(shù)與具體實 施方式一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五不同的是步驟一中升溫至 60°C。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至五同。 具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六不同的是步驟一中在轉(zhuǎn)速
為1000rpm的條件下攪拌16分鐘。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。 具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟一中Fe3+和
Fe2+的摩爾比為1. 1 1. 4 : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。 具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一至八不同的是步驟一中Fe3+和
Fe"的摩爾比為1. 1 : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。 具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟一中Fe3+和
Fe"的摩爾比為1.2 : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。
具體實施方式
i^一 本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟一中Fe3+
和Fe"的摩爾比為l : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。 具體實施方式
十二 本實施方式與具體實施方式
一至七不同的是步驟一中Fe3+
和Fe"的摩爾比為1.5 : 1。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至六同。 具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一至十二不同的是步驟一中至
混合溶液的pH值為11。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至十二同。 具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一至十三不同的是步驟一中然
后升溫至75t:后，晶化1小時。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至十三同。 具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟三中注
射器針頭內(nèi)徑為lmm，流速為O. 8mL/h，噴頭到接收電極的距離為20cm，紡絲電壓為20kV，溫
度為25t:，空氣相對濕度為40%。其它步驟及參數(shù)與具體實施方式
一相至十四同。
具體實施方式
十六本實施方式一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方
法按照以下步驟進行制備一、四氧化三鐵磁流體的制備向四口瓶中加入100mL、質(zhì)量濃
度為2X的聚乙烯醇水溶液，然后通入氮氣，升溫至6(TC，在轉(zhuǎn)速為1000rpm的條件下攪拌
14分鐘，再加入4mL的Fe3+和2. 67mL的Fe2+， Fe3+和Fe2+的摩爾比為1. 5 : 1，攪拌5分
鐘后得到混合溶液，再加入3mol/L的氫氧化鈉溶液至混合溶液的pH值為ll，然后升溫至
75t:后，晶化1小時，自然冷卻至室溫，即得到四氧化三鐵磁流體；二、四氧化三鐵磁流體放
入透析袋中用去離子水反復滲析4天得到紡絲液；三、將紡絲液加入到50mL注射器中，將注
射器固定在微量注射泵上，注射器針頭內(nèi)徑為lmm，流速為0. 8mL/h，噴頭到接收電極的距
離為20cm，紡絲電壓為20kV，溫度為25t:，空氣相對濕度為40%，接收電極為鋁箔或碳膜銅
網(wǎng)，先開啟微量注射泵，流量穩(wěn)定后，開啟高壓靜電發(fā)生器，進行高壓靜電紡絲，即得到一維
單分散超順磁性納米復合纖維材料。 本實施方式步驟二中四氧化三鐵磁流體放入透析袋中用去離子水反復滲析以除 去其中的Na+、 C1—、 0H—等未反應(yīng)的離子。 本實施方式利用高壓靜電紡絲技術(shù)制備得到的一維單分散磁性納米復合纖維材 料的平均直徑為200nm，纖維直徑分布較窄。本實施方式的方法工藝操作簡單，成本較低，與現(xiàn)有方法相比較成本降低了 35X，本實施方式制作得到納米復合纖維材料的XRD圖譜如圖 1所示，圖中a表示Fe304納米粒子，b表示Fe304/PVA納米纖維(本實施方式的納米復合纖 維材料)，c表示PVA(聚乙烯醇)納米纖維，從圖l可以看出本實施方式的納米復合纖維材 料純度高；本實施方式制作得到納米復合纖維材料的透射電鏡圖如圖2所示，從圖2可以看 出本實施方式的納米復合纖維材料分散性好，組成均勻。
權(quán)利要求
一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其特征在于一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法按照以下步驟進行制備一、四氧化三鐵磁流體的制備向四口瓶中加入40～100mL、質(zhì)量濃度為1.5％～3％的聚乙烯醇水溶液，然后通入氮氣，升溫至55～65℃，在轉(zhuǎn)速為900～1100rpm的條件下攪拌12～18分鐘，再加入4mL的Fe3+和2.67mL的Fe2+，F(xiàn)e3+和Fe2+的摩爾比為1～1.5∶1，攪拌5分鐘后得到混合溶液，再加入3mol/L的氫氧化鈉溶液至混合溶液的pH值為10～12，然后升溫至70～80℃后，品化0.8～1.2小時，自然冷卻至室溫，即得到四氧化三鐵磁流體； 二、四氧化三鐵磁流體放入透析袋中用去離子水反復滲析2～5天得到紡絲液；三、將紡絲液加入到50mL注射器中，將注射器固定在微量注射泵上，注射器針頭內(nèi)徑為0.5～1.2mm，流速為0.5～1.0mL/h，噴頭到接收電極的距離為5～35cm，紡線電壓為10～25kV，溫度為22～28℃，空氣相對濕度為30％～60％，接收電極為鋁箔或碳膜銅網(wǎng)，先開啟微量注射泵，流量穩(wěn)定后，開啟高壓靜電發(fā)生器，進行高壓靜電紡絲，即得到一維單分散超順磁性納米復合纖維材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其特征 在于步驟一中一加入60 80mL、質(zhì)量濃度為2% 2. 5%的聚乙烯醇水溶液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其 特征在于步驟一中升溫至60°C 。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其特征 在于步驟一中在轉(zhuǎn)速為1000rpm的條件下攪拌16分鐘。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法， 其特征在于步驟一中F^+和F^+的摩爾比為1. 1 1.4 : 1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其特征 在于步驟一中至混合溶液的pH值為11。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、4或6所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方 法，其特征在于步驟一中然后升溫至75t:后，晶化l小時。
8. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，其特征 在于步驟三中注射器針頭內(nèi)徑為lmm，流速為0. 8mL/h，噴頭到接收電極的距離為20cm，紡 絲電壓為20kV，溫度為25。C，空氣相對濕度為40%。
全文摘要
一維單分散超順磁性納米復合纖維材料的制備方法，它涉及一種納米復合纖維材料的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的制作納米結(jié)構(gòu)纖維材料成本高、產(chǎn)品純度低、分散性差的問題。方法一、四氧化三鐵磁流體的制備；二、四氧化三鐵磁流體用去離子水反復滲析；三、進行高壓靜電紡絲即得到納米復合纖維材料。本發(fā)明的制作方法簡單，成本低，成品純度高，分散性好。
文檔編號D01D5/00GK101748497SQ20091031226
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者何建章, 徐國強, 汪成, 王淑紅, 謝洋, 趙長亮, 閆鵬飛 申請人:黑龍江大學