氮化釩多孔納米帶及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及氮化I凡多孔納米帶及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)機(jī)物納米帶的制備與性質(zhì)研宄目前是材料科學(xué)、凝聚態(tài)物理、化學(xué)等學(xué)科研宄的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。納米帶是一種用人工方法合成的呈帶狀結(jié)構(gòu)的納米材料，它的橫截面是一個(gè)矩形結(jié)構(gòu)，其厚度在納米量級(jí)，寬度可達(dá)到微米級(jí)，而長(zhǎng)度可達(dá)幾百微米，甚至幾毫米。納米帶由于其不同于管、線材料的新穎結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的光、電、磁等性能而引起人們的高度重視。
[0003]氮化釩VN，也稱(chēng)為釩氮合金，屬于新型合金，添加于鋼中能夠最大程度地提高鋼的強(qiáng)度，韌性，延展性及抗疲勞性，耐高溫性，焊接性等綜合機(jī)械性能。VN還可以用于鋰離子電池和超級(jí)電容器中。納米VN的研宄已成為材料科學(xué)領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)之一。目前已有VN納米粉體的報(bào)道，通常采用金屬釩納米粉體與氮?dú)夥磻?yīng)，或者采用V2O5納米粉體與氨氣反應(yīng)來(lái)制備VN納米粉體，但尚未見(jiàn)VN多孔納米帶一維納米結(jié)構(gòu)的報(bào)道。
[0004]專(zhuān)利號(hào)為1975504的美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一項(xiàng)有關(guān)靜電紡絲方法(electrospinning)的技術(shù)方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長(zhǎng)度的微納米纖維的一種有效方法，由Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來(lái)制備高分子納米纖維，其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場(chǎng)中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌粒瑥亩鴮?shí)現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10年來(lái)，在無(wú)機(jī)纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無(wú)機(jī)化合物如氧化物納米纖維的技術(shù)方案，所述的氧化物包括Ti02、ZrO2, Y2O3, Y2O3:RE3+(RE3+= Eu 3+、Tb3+、Er3+、Yb3+/Er3+)、N1, Co3O4, Mn2O3> Mn3O4, CuO, S12, A1203、ZnO、Nb2O5, MoO3> CeO2, LaMO3 (Μ = Fe、Cr、Mn、Co、N1、Al)、Y3Al5O12> La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬?gòu)?fù)合氧化物。已有人利用靜電紡絲技術(shù)成功制備了高分子納米帶(Materials Letters, 2007, 61:2325 - 2328 ；Journalof Polymer Science:Part B:Polymer Physics, 2001, 39:2598 - 2606) o 有人利用錫的有機(jī)化合物，使用靜電紡絲技術(shù)與金屬有機(jī)化合物分解技術(shù)相結(jié)合制備了多孔SnO2納米帶(Nanotechnology, 2007, 18:435704);有人利用靜電紡絲技術(shù)首先制備了 PEO/氫氧化錫復(fù)合納米帶，將其焙燒得到了多孔SnO2納米帶(J.Am.Ceram.Soc.，2008，91 (1):257-262)。董相廷等采用靜電紡絲技術(shù)制備了稀土氟化物納米帶(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?201010108039.7)、二氧化鈦納米帶(中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，ZL200810050948.2)和Gd3Ga5O12: Eu3+多孔納米帶(高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2010，31 (7)，1291-1296)。目前未見(jiàn)采用靜電紡絲技術(shù)與氮化技術(shù)相結(jié)合制備VN多孔納米帶的報(bào)道。
[0005]利用靜電紡絲技術(shù)制備納米材料時(shí)，原料的種類(lèi)、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過(guò)程參數(shù)和熱處理工藝對(duì)最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明先將偏釩酸銨順^03與檸檬酸C 6H807.H2O溶于適量去離子水中，加熱溶解后蒸發(fā)形成凝膠，加入溶劑N，N- 二甲基甲酰胺DMF和高分子模板劑聚乙烯吡咯烷酮PVP，得到紡絲液，控制紡絲液的粘度至關(guān)重要，采用靜電紡絲技術(shù)在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行靜電紡絲，制備出PVP/C6H807/NH4V03復(fù)合納米帶，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到V 205多孔納米帶，采用石墨坩禍、以氨氣順3進(jìn)行氮化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的VN多孔納米帶。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]【背景技術(shù)】中的使用靜電紡絲技術(shù)制備了金屬氧化物、金屬?gòu)?fù)合氧化物納米纖維、高分子納米帶、Sn02m米帶、T1 2納米帶、Gd 3Ga5012:Eu3+多孔納米帶和稀土氟化物納米帶?！颈尘凹夹g(shù)】中現(xiàn)有技術(shù)是利用氣-固相反應(yīng)制備了 VN納米粉體。為了在VN材料領(lǐng)域提供一種新形貌的納米材料，我們發(fā)明了 VN多孔納米帶的制備方法。
[0007]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先制備出用于靜電紡絲的具有一定粘度的紡絲液，應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行靜電紡絲，在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，制備出pvp/c6h8o7/nh4vo3復(fù)合納米帶，將其在空氣中進(jìn)行熱處理，得到V2O5多孔納米帶，采用石墨坩禍、以氨氣NH 3進(jìn)行氮化，制備出了結(jié)構(gòu)新穎純相的VN多孔納米帶。其步驟為:
[0008](I)配制紡絲液
[0009]釩源使用偏釩酸銨NH4VO3,高分子模板劑采用聚乙烯吡咯烷酮PVP，分子量為90000，采用N，N- 二甲基甲酰胺DMF為溶劑，將2.3979g偏釩酸銨見(jiàn)14￥03與7.2064g檸檬酸C6H8O7.H2O溶于適量去離子水中，加熱攪拌至固體粉末全部溶解后蒸發(fā)形成凝膠，冷卻至室溫后，加入15.1027gN, N- 二甲基甲酰胺DMF和3.5062g聚乙烯吡咯烷酮PVP，攪拌48h后得到分散均勻的紡絲液；
[0010](2)制備 pvp/c6h8o7/nh4vo3復(fù)合納米帶
[0011]將紡絲液注入一支帶有ImL塑料噴槍頭的1mL注射器中，用石墨棒作為陽(yáng)極插入紡絲液中，采用豎噴方式，噴絲頭與接收屏鐵絲網(wǎng)的間距為12cm，紡絲電壓為7.6kV，室內(nèi)溫度為24°C，相對(duì)濕度為40% -50%，隨著溶劑的揮發(fā)，在接收屏鐵絲網(wǎng)上即可得到PVP/C6H807/NH4V03復(fù)合納米帶；
[0012](3)制備V2O5多孔納米帶
[0013]將所述的PVP/C6H807/NH4V03復(fù)合納米帶放入剛玉坩禍中，將坩禍放到程序控溫爐中進(jìn)行熱處理，以l°c /min升溫至180°C保溫4h，然后以1°C /min繼續(xù)升溫至210°C，保溫2h，再以1°C /min繼續(xù)升溫至430°C，保溫2h，最后以1°C /min升溫至450°C保溫4h，然后以1°C /min降溫至200°C，之后自然冷卻至室溫，得到V2O5多孔納米帶；
[0014](4)制備VN多孔納米帶
[0015]將所述的V2O5多孔納米帶置于高純石墨坩禍中，在真空管式爐中用流動(dòng)的NH 3氣進(jìn)I丁氣化，以I C /min升溫至600 C，保溫6h后，再以I C /min升溫到900 C，保溫4h，之后以10C /min降溫至100°C，然后自然冷卻至室溫，得到VN多孔納米帶，厚度為341nm，寬度為
2.30±0.27 μ m，長(zhǎng)度大于 20 μ m。
[0016]在上述過(guò)程中所述的VN多孔納米帶具有良好的結(jié)晶性，屬于立方晶系，厚度為341nm，寬度為2.30±0.27 μ m，長(zhǎng)度大于20 μ m，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。