一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種 表面具有ZnO花狀團簇的 導電纖維的制備方法，即將可溶性鋅鹽硝酸鋅、醋酸鋅或硫酸鋅、堿性催化劑六亞甲基四胺或體積百分比濃度為25-28%的氨水溶于去離子水中，攪拌、超聲分散得到溶液；所述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑：去離子水為1:1-2:1；然后將導電纖維置于所得的溶液中，控制溫度為75-100℃下進行反應2-24h后，自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于40-90℃下干燥，即得到 表面具有ZnO花狀團簇的 導電纖維。該制備方法具有所需生產(chǎn)設備簡單、工藝操作方便及制備周期短等特點。
【專利說明】—種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，屬于纖維器件領域。
技術背景
[0002]隨著科技的不斷發(fā)展，可穿戴電子設備以急切的步伐走進人們的生活，時尚性、新奇感吸引著廣大用戶，如電子運動內(nèi)衣、傳感器智能服等。它是將智能器件組裝或集成在織物(纖維)上的微型設備。然而目前對于可穿戴設備而言，并未徹底解決實際應用對導電、柔性器件的要求。實現(xiàn)可編織乃至和紡織材料混紡的目標，這將涉及織物(纖維)表面的器件化，已是限制整個行業(yè)發(fā)展的關鍵問題?？椢?纖維)表面的器件化將涉及在一定曲率半徑的纖維表面制備特定功能的微結構。但要想徹底解決以上問題，首先必須在纖維表面成功制備具有光、電、磁性能的材料，因此研究弧形表面的微結構尤為重要。
[0003]近年來已有一些工作選擇纖維作為功能器件的基底，如Peng等在Nano Lett.,Vol.12 (2012)，pp.2568-2572中發(fā)展了雙纖維結構的染料敏化太陽能電池，以純碳納米管纖維作為對電極，二氧化鈦/碳納米管復合纖維作為工作電極；Hu等在J.Phys.Chem.C，Vol.116 (2012)，pp.10708-10713報道了在棉纖維表面制備導電的ITO半導體，實現(xiàn)了纖維表面導電的性質(zhì),導電率可達到?5Sm_1 ;Wang等在Adv.Mater.Vol.24 (2012) pp.4761-4764中報道了在碳纖維表面成功制備了 T12微結構； 申請人:在Nanoscale Vol.5(2013) pp.6917-6922中報道了在碳纖維表面制備自組裝的PMMA膠體球，實現(xiàn)纖維的結構顯色。盡管如此，仍然存在一些必須解決的問題，如表層結構機械穩(wěn)定性低等。
[0004]ZnO作為一種兼具光電性質(zhì)的半導體材料，由于其擁有3.37eV的帶隙，在太陽能電池、催化等領域有著潛在的應用。近年來，ZnO薄膜材料越來越受到專家學者的關注，而平面薄膜的制備一般采用旋涂、提拉、絲網(wǎng)印刷后再高溫處理的方法，這使得工藝特別復雜，制備周期長等技術問題，從前驅(qū)體制備到成功生成晶體一般長達48h以上。因此，在弧形導電纖維表面制備ZnO薄膜仍存在巨大挑戰(zhàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為了解決上述的在弧形基底表面ZnO薄膜材料制備工藝復雜，制備周期長等技術問題而提供一種制備周期短，制備工藝簡單的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術原理
即以可溶性鋅鹽、堿性催化劑為起始原料、導電纖維為基底材料，利用水熱法，通過調(diào)節(jié)反應溫度和時間和改變催化劑的種類，在導電纖維表面制備了不同形貌的ZnO花狀團簇。
[0007]本發(fā)明的技術方案
一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，具體包括如下步驟: (1)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為10-1OOOrpm下攪拌20-40min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散20_60min，得到溶液；
上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1-2:1 ;
所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅、醋酸鋅或硫酸鋅；
所述的堿性催化劑為六亞甲基四胺或體積百分比濃度為25-28%的氨水；
(2)、將導電纖維置于步驟(I)所得的溶液中，控制溫度為75-100°C下反應2-24h，然后自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于40-90°C下干燥，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維；
所述的導電纖維為不銹鋼絲或碳纖維。
[0008]上述所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維可用于纖維基的光電器件制備，如太陽能電池、光催化器件、電致變色纖維等。
[0009]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維表面的制備方法，由于使用弧形導電基底，采用水熱法制備ZnO，因此具有達到弧形表面生長晶體所需生產(chǎn)設備簡單及工藝操作方便、制備周期短等特點，便于規(guī)?；a(chǎn)，其制備過程從反應溶液置于水熱釜中到反應結束后成功生成ZnO花狀團簇僅需24h以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1、實施例1所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的表面掃描電鏡圖；
圖2、實施例2所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的表面的掃描電鏡圖；
圖3、實施例3所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的表面的掃描電鏡圖；
圖4、實施例4所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的表面的XRD圖。

【具體實施方式】
[0011]下面通過具體實施例并結合附圖對本發(fā)明進一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0012]本發(fā)明的實施例中所用的各種原料均為市售。
[0013]實施例1
一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為10rpm下攪拌20min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散20min，得到溶液；
上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:2:1 ;
所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅；
所述的堿性催化劑為六亞甲基四胺；
(2)、將導電纖維置于步驟(I)所得的溶液中，控制溫度為95°C下反應24h，然后自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于40°C下干燥，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維；
所述的導電纖維為不銹鋼絲。
[0014]采用臺式掃描電鏡(Phenom Pro,復納科學儀器(上海)有限公司)對上述所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維進行掃描，所得的掃描電鏡圖如圖1所示，從圖1中可以看出梭型微棒組成的ZnO花狀團簇已成功生長在導電纖維不銹鋼絲的表面。
[0015]實施例2
一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為500rpm下攪拌30min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散40min，得到溶液；
上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1.33:1 ;
所述的可溶性鋅鹽為醋酸鋅；
所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水；
(2)、將導電纖維置于步驟(I)所得的溶液中，控制溫度為100°C下反應2h，然后自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于60°C下干燥6h，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維；
所述的導電纖維為不銹鋼絲。
[0016]采用臺式掃描電鏡(Phenom Pro,復納科學儀器(上海)有限公司)對上述所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維進行掃描，所得的掃描電鏡圖如圖2所示，從圖2中可以看出短棒狀組成的ZnO花狀團簇稀疏的分布在導電纖維不銹鋼絲的表面。
[0017]實施例3
一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為100rpm下攪拌40min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散60min，得到溶液；
上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1:1 ;
所述的可溶性鋅鹽為硫酸鋅；
所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水；
(2)、將導電纖維置于步驟(I)所得的溶液中，控制溫度為75°C下反應8h，然后自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于90°C下干燥12h，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維；
所述的導電纖維為不銹鋼絲。
[0018]采用臺式掃描電鏡(Phenom Pro,復納科學儀器(上海)有限公司)對上述所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維進行掃描，所得的掃描電鏡圖如圖3所示，從圖3中可以看出花狀的ZnO團簇均勻的分布在導電纖維不銹鋼絲的表面。
[0019]實施例4
一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，具體包括如下步驟:
(I)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為SOOrpm下攪拌40min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散40min，得到溶液；
上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1:1 ; 所述的可溶性鋅鹽為硫酸鋅；
所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水；
(2)、將導電纖維置于步驟(I)所得的溶液中，控制溫度為95°C下反應8h，然后自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于90°C下干燥12h，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維；
所述的導電纖維為碳纖維。
[0020]采用X射線衍射儀(PANalytical，PW3040/60,荷蘭)對上述所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維進行測量，所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的X射線衍射圖如圖4所示，將其與ZnO的標準XRD圖譜進行對照，可以看出，所得的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的表面結構為六方相的ZnO (N0.361451H)，對應的三強峰分別為(100 )、( 002 )、(101)晶面。
[0021]綜上所述，本發(fā)明的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，制備得到的ZnO薄膜晶相單一，纖維表面形貌可根據(jù)原料進行有效調(diào)控，該制備方法具有制備方法簡單、工藝操作方便及制備周期短等特點，制備過程從反應溶液置于水熱釜中到反應結束后成功生成ZnO花狀團簇ZnO僅需24h以下。
[0022]以上所述僅是本發(fā)明的實施方式的舉例，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于具體包括如下步驟: (1)、將可溶性鋅鹽、堿性催化劑溶于去離子水中，控制攪拌速度為100-1000rpm下攪拌20-40min，然后控制超聲頻率為40KHz下進行超聲分散20_60min，得到溶液； 上述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1-2:1 ; 所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅、醋酸鋅或硫酸鋅； 所述的堿性催化劑為六亞甲基四胺或體積百分比濃度為25-28%的氨水； (2)、將導電纖維置于步驟(1)所得的溶液中，控制溫度為75-100°C下進行反應2-24h后，自然冷卻至室溫，取出導電纖維，依次用去離子水和乙醇洗滌2-5次，然后于40-90°C下干燥，即得到表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維； 所述的導電纖維為不銹鋼絲或碳纖維。
2.如權利要求1所述的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:2:1 ; 所述的可溶性鋅鹽為硝酸鋅； 所述的堿性催化劑為六亞甲基四胺； 步驟(2)中所述的導電纖維為不銹鋼絲。
3.如權利要求1所述的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1.33:1 ; 所述的可溶性鋅鹽為醋酸鋅； 所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水； 步驟(2)所述的導電纖維為不銹鋼絲。
4.如權利要求1所述的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1:1; 所述的可溶性鋅鹽為硫酸鋅； 所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水； 步驟(2)中所述的導電纖維為不銹鋼絲。
5.如權利要求2-4任一所述的表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述的導電纖維不銹鋼絲，直徑10μπι-0.1mm。
6.如權利要求1所述的一種表面具有ZnO花狀團簇的導電纖維的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述可溶性鋅鹽、堿性催化劑和去離子水的量，按摩爾比計算，即可溶性鋅鹽、堿性催化劑:去離子水為1:1:1; 所述的可溶性鋅鹽為硫酸鋅； 所述的堿性催化劑為體積百分比濃度為25-28%的氨水； 步驟(2)中所述的導電纖維為碳纖維。
【文檔編號】D01F9/00GK104264250SQ201410423506
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權日:2014年8月26日
【發(fā)明者】劉志福, 趙喆 申請人:上海應用技術學院