静电纺丝法制备ZnO纳米纤维及其光催化性能的研究
《ZnO基纳米纤维制备及其室温下氨气传感特性研究》范文
《ZnO基纳米纤维制备及其室温下氨气传感特性研究》篇一一、引言随着科技的快速发展，人们对材料的需求逐渐从宏观领域深入到纳米尺度。
其中，ZnO基纳米材料因其独特的物理和化学性质，在传感器、电子器件等领域展现出巨大的应用潜力。
尤其是ZnO基纳米纤维，其高比表面积和优异的物理性能使其在气体传感领域具有显著的优势。
本文旨在研究ZnO基纳米纤维的制备方法，并探讨其在室温下对氨气的传感特性。
二、ZnO基纳米纤维的制备ZnO基纳米纤维的制备主要采用静电纺丝法。
该方法通过高压静电场将含有ZnO的溶液进行拉伸，形成纤维状结构。
具体步骤如下：1. 配置含有ZnO的前驱体溶液，通过添加适当的溶剂和表面活性剂，调节溶液的粘度和表面张力。
2. 将前驱体溶液装入静电纺丝装置的注射器中，设置适当的电压和纺丝速度。
3. 通过高压静电场的作用，使前驱体溶液在喷丝头处形成泰勒锥，并进一步拉伸成纤维状结构。
4. 将纺丝得到的纤维进行热处理，以去除有机成分并结晶成ZnO。
三、室温下氨气传感特性的研究ZnO基纳米纤维对氨气的传感特性主要基于其表面吸附和电子传输机制。
在室温下，氨气分子与ZnO表面发生相互作用，导致电阻发生变化，从而实现对氨气的检测。
具体研究内容如下：1. 氨气传感性能测试：将制备得到的ZnO基纳米纤维置于测试环境中，通过改变氨气浓度，测量其电阻变化。
2. 传感机制分析：通过分析氨气分子与ZnO表面的相互作用过程，探讨电阻变化的原因。
同时，结合第一性原理计算，从理论上分析ZnO对氨气的吸附能力和电子传输过程。
3. 传感性能优化：通过调整纤维的制备工艺、掺杂其他元素等方法，优化ZnO基纳米纤维的传感性能，提高其对氨气的检测灵敏度和响应速度。
四、实验结果与讨论1. 制备结果：通过静电纺丝法成功制备了ZnO基纳米纤维，其形貌均匀，直径可控。
热处理后，纤维结晶良好，具有较高的纯度。
2. 传感性能：在室温下，ZnO基纳米纤维对氨气具有较高的检测灵敏度和响应速度。
静电纺丝技术制备稀土掺杂二氧化钛纳米带与光催化性能研究的开题报告
静电纺丝技术制备稀土掺杂二氧化钛纳米带与光催化性能研究的开题报告一、研究背景与意义随着环境污染日益加重，人们对于环境保护和清洁生产的需求也越来越迫切。
因此，开发一种高效、环保的光催化材料成为当前研究的热点之一。
其中，纳米二氧化钛是目前应用最为广泛的光催化材料之一，但其光催化活性受制于其带隙宽度和光生电子-空穴对的复合速率等因素。
通过稀土元素的掺杂，可以改善纳米二氧化钛的光催化性能。
静电纺丝技术是一种简便、高效的纳米纤维制备技术，可以制备出具有良好结晶性和较大比表面积的纳米光催化材料。
因此，本研究拟采用静电纺丝技术制备稀土元素掺杂的二氧化钛纳米带，并研究其在光催化降解有机污染物方面的应用。
二、研究内容和方法1.制备稀土元素掺杂二氧化钛纳米带在本研究中，选用稀土元素（如钕、镧、铈等）作为掺杂元素，在静电纺丝过程中与二氧化钛纳米颗粒混合，制备稀土元素掺杂的二氧化钛纳米带。
调整混合比例，控制稀土元素的掺杂量，优化制备工艺，获得具有良好结晶性和较大比表面积的稀土掺杂二氧化钛纳米带。
2.研究稀土掺杂对二氧化钛光催化性能的影响采用紫外-可见吸收光谱、荧光光谱和X射线光电子能谱等方法，研究稀土掺杂对二氧化钛的光学和表面化学性质的影响。
通过比较纯二氧化钛和稀土掺杂二氧化钛的光催化降解有机污染物的效果，分析稀土掺杂对二氧化钛光催化性能的改善作用，探究稀土掺杂机制。
三、预期成果和意义1.成功制备稀土掺杂二氧化钛纳米带。
2.研究稀土掺杂对二氧化钛光催化性能的影响，并得到明确的结论。
3.探究稀土掺杂机制，为光催化材料的研究和应用提供理论依据。
4.为环境保护和清洁生产提供一种高效、环保的光催化材料。
四、参考文献1. J.H. Lin, Z.S. Wu, Y.Q. Liu, et al. Cerium-doped titanium dioxide nanoparticles for the sensitive detection of heavy metals. Analyst, 2013; 138(16): 4745-4752.2. C. Huang, X. Zhuo, X. Shuai, et al. Self-doped Ti3+ active centers boosting 2D TiO2 nanosheets for photocatalytic NO removal. ACS Appl Mater Interfaces, 2018; 10(17): 14509-14517.3. X. Weimin, Z. Yuchao, S. Guohua, et al. Facile synthesis of boron-doped TiO2 nanoparticles with high visible-light-driven photocatalytic activity. Dalton Trans, 2014; 43(12): 4719-4727.。
ZnO纳米纤维的制备及其气敏特性研究
ZnO纳米纤维的制备及其气敏特性研究万桂新;陈全海;郭鹏【摘要】应用静电纺丝法制备了Zn(Ac)/PVP复合纳米纤维,经650℃煅烧后得到直径为95 nm的ZnO纳米纤维.分别采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对ZnO纳米纤维的表面形貌和晶体结构进行了表征.结果表明:ZnO纳米纤维由粒径约30～50nm的微粒组成,为粗糙多孔的网状结构.同时,研究了ZnO纳米纤维传感器的气敏特性.测试结果表明:该传感器在300℃时对低浓度(10 ppm)的乙醇具有高灵敏性和很好的选择性.另外,讨论了ZnO纳米纤维的气敏机制.【期刊名称】《兰州交通大学学报》【年(卷),期】2013(032)006【总页数】4页(P190-193)【关键词】静电纺丝法;ZnO纳米纤维;气敏特性;灵敏度【作者】万桂新;陈全海;郭鹏【作者单位】兰州交通大学数理学院,甘肃兰州730070;西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州730070;兰州市第一中学甘肃兰州 730000;兰州交通大学数理学院,甘肃兰州730070【正文语种】中文【中图分类】O614.24近年来，气敏传感器在空气质量检测、各种有毒、易燃、易爆气体探测以及人们居住环境质量检测中的作用越来越重要［1-2］.材料的气敏性能与表面吸附气体的种类和密度密切相关，高性能的气敏材料需要有较大的比表面积，由于纳米材料具有大的比表面积和高的反应活性，因此在传感器方面具有广阔的应用前景.各种金属氧化物半导体（如TiO2、SnO2、ZnO、Al2O3等）已经被广泛应用于检测各种有毒气体和易燃气体［3］.在这些金属氧化物中，具有六角纤锌矿结构的氧化锌（ZnO）无毒而且其原料价格低廉易得，具有优异的光学、电学、化学和热学稳定性［4］，其纳米结构可以吸附大量气体，作为气敏材料备受科研人员的关注.一维结构的ZnO纳米纤维由于其巨大的长度直径比而具有比纳米颗粒和纳米薄膜更好的气敏特性［5-6］，因而成为近来气敏材料研究的热点之一.制备纳米纤维的方法很多，主要有模板法、气相法、液相法、自组装法和静电纺丝法等［7］.在这些方法中，静电纺丝法由于制备过程简单方便，制成的纤维结构具有孔隙率高、比表面积大、粗细均匀、长径比大等特点，成为人们普遍应用的方法.本文首先应用静电纺丝法成功制备了Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维，然后经过煅烧处理得到直径为95 nm的ZnO纳米纤维，最后以ZnO纳米纤维为基体，制备了乙醇气敏元件，并对元件的灵敏度、最佳工作温度和选择性进行了研究.1.1 纳米纤维的制备实验中使用的乙酸锌（Zn（AC））、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、无水乙醇（C2H5OH）、N，N－二甲基甲酰胺（DMF）等均为市售分析纯试剂.分别称取0.5 g Zn（AC）溶于2 ml DMF，0.25 g PVP溶于2 ml乙醇并用磁力搅拌器搅拌1 h，然后将二者混合并继续搅拌4 h便得到均匀的Zn（AC）／PVP前驱体纺丝溶液.利用如图1所示的静电纺丝装置，将配制好的前驱体溶液装入注射器.注射器的导电针头与高压电源的正极相连，接收屏与高压电源的负极相连，针头与接收屏间的距离为20 cm，这样在针头与接收屏之间就形成了一个高压电场.纺丝溶液在高压电场的作用下，在针头处形成Taylor锥体，调节电压至17 k V时，电场力就会克服液体表面张力向下吐丝形成Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维.最后将制备好的纤维膜放入箱型电阻炉，在650℃煅烧3 h，便得到需制备的Zn O纳米纤维.1.2 纳米纤维的表征采用S-4800型扫描电子显微镜（SEM）、D／Max-2400型旋转Cu靶（λ＝0.154 06 nm）X射线衍射仪（XRD）对ZnO纳米纤维的表面形貌和晶体结构进行表征.1.3 气敏元件的制备和气敏特性测试将煅烧得到的ZnO粉末与一定量的去离子水混合调成糊状，均匀涂在已接好电极的陶瓷管表面，在陶瓷管中插入加热丝制成旁热式气敏元件.气敏特性的测试采用静态配气法，在WS-60A威盛气敏元件测试系统上完成.气敏元件的灵敏度定义为S＝Ra／Rg，Ra、Rg分别是元件在空气中和一定浓度的待测气体中的电阻值.2.1 纳米纤维的形貌与晶体结构图2a和图2b分别是Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维和Zn O纳米纤维在低倍下的SEM图.可以看出，二者均为随机分布、直径粗细均匀的网状结构，长度约为几毫米.图2c和图2d分别是Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维和ZnO纳米纤维在高倍下的SEM图.由图2c可见，Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维表面光滑，直径约为130 nm，而图2d表明：Zn O纳米纤维表面呈现出粗糙的多孔结构，而且直径明显变细，约为95 nm，这主要是由于高温煅烧过程中有机分子的完全分解和挥发所致.同时还可以看出，Zn O纳米纤维由粒径约为30～50 nm的微粒组成，这样会使它拥有更大的比表面积，从而有利于传感器气敏性能的提高.图3是ZnO纳米纤维的XRD谱.对照JCPDS标准卡片（No.36-1451）可以发现，图中所有的衍射峰均与ZnO的六角纤锌矿结构相对应，而且可以看出，各个衍射峰都比较尖锐，说明ZnO结晶状况很好.2.2 Zn O纳米纤维的气敏特性2.2.1 工作温度对灵敏度的影响图4所示为Zn O纳米纤维在不同工作温度下对10 ppm的乙醇的灵敏度.由图可见，在240～420℃的工作温度范围内，灵敏度刚开始随工作温度的升高而快速增大，在300℃时达到最大值，然后随工作温度的升高而急剧减小，当温度高于350℃时，灵敏度随工作温度的继续升高而缓慢减小.这是因为当工作温度较低时，纤维的表面活性低，与气体的反应弱，因而灵敏度低；但当温度超过一定值时，高的表面活性使得一些吸附了的气体分子来不及发生化学反应就逃逸了，因此灵敏度就会降低［8］.可见，Zn O纳米纤维对10 ppm乙醇的最佳工作温度为300℃，相应的灵敏度为49.3.2.2.2 气敏元件的选择性为了进一步研究气敏元件的实用性，我们在300℃时将它依次暴露在10 ppm的不同气体氛围中.由图5可见，在300℃的工作温度下，Zn O纳米纤维对乙醇（CH3CH2OH）的灵敏度远高于对DMF（HCON（CH3）2）、丙酮（CH3COCH3）、甲醛（HCHO）、氨水（NH4OH）和冰乙酸（CH3COOH）的灵敏度，是这些气体灵敏度的2.9～8.6倍，这说明ZnO纳米纤维气敏传感器在300℃的工作温度下对乙醇有很好的选择性.2.2.3 气敏机制目前人们普遍认为，Zn O传感器的气敏机制主要是根据材料表面对待测气体的吸附解析作用而引起的电阻变化来检测气体的［9］.当ZnO气敏元件暴露在空气中时，材料表面会吸附氧分子，吸附了的氧分子通过捕获Zn O导带的电子而变为氧负离子，该过程可以表示为显然氧的吸附会使ZnO材料表面的电子浓度减小，因此材料表面的电阻增加.而当乙醇等还原性气体与元件表面接触时，它将与氧负离子发生如下反应：最终将原来氧分子捕获的电子重新释放回导带，使得ZnO导带的电子浓度增加，从而材料表面的电阻减小.ZnO纳米纤维传感器在较低的工作温度（300℃）下对低浓度的乙醇（10 ppm）具有高的灵敏度，主要是由于小的纤维直径增大了纤维的长径比和比表面积，另一方面，由纳米微粒组成的粗糙多孔的表面结构增加了纤维表面吸附氧的数量，使酒精蒸汽与更多的吸附氧发生反应，使得气敏元件的电阻变化大，从而提高了传感器的灵敏度.以PVP为络合剂，无水乙醇和DMF为溶剂，与乙酸锌反应制得前驱体溶液，采用静电纺丝法制备了Zn（Ac）／PVP复合纳米纤维，经650°C煅烧后得到直径为95 nm的ZnO纳米纤维，而且纤维是由粒径约为30～50 nm的微粒组成的粗糙多孔的网状结构.气敏特性测试表明：ZnO纳米纤维在较低的最佳工作温度（300°C）下对低浓度（10 ppm）的乙醇表现出高灵敏性，而对相同浓度的其他气体（如DMF、丙酮、甲醛、氨水等）的灵敏度较低，具有很好的选择性，可以作为乙醇传感器很有发展前途的材料.【相关文献】［1］ Vander W R L，Hunter G W，Xu J C，et al.Metaloxide nanostructure and gas-sensing performance［J］.Sensors and Actuators B，2009，138：113-119.［2］ Rock F，Barsan N，Weimar U.Electronic nose：current status and future trends ［J］.Chemical Reviews，2008，108：705-725.［3］ Dar G N，Umar A，Zaidi S A，et al.Ce-doped ZnO nanorods for the detection of hazardous chemical［J］.Sensors and Actuators B，2012，173：72-78.［4］张彩珍，刘肃，王永顺，等.退火温度对溶胶－凝胶法制备（Na，Mg）：ZnO薄膜特性的影响［J］.兰州交通大学学报，2010，29（3）：156-158.［5］ Sun Z P，Liu L，Zhang L，et al.Rapid synthesis of ZnO nano-rods by onestep，room-temperature，solid-state reaction and their gas-sensing properties［J］.Nanotechnology，2006，17：2266-2270.［6］ Wan G X，Ma S Y，Li X B，et al.Synthesis and acetone sensing properties of Ce-doped Zn O nanofibers［J］.Mater Lett，2014，114：103-106.［7］ Xia Y N，Yang P D，Sun Y G，et al.One-dimensional nanostructures：synthesis，characterization，and applications［J］.Advanced Materials，2003，15：353-389. ［8］ Liu L，Li S C，Zhuang J，et al.Improved selective acetone sensing properties of Co-doped Zn O nanofibers by electrospinning［J］.Sens Actuators B，2011，155：782-788. ［9］ Zhao M G，Wang X C，Cheng J P，et al.Synthesis and ethanol sensing properties of Al-doped Zn O nanofibers［J］.Current Applied Physics，2013，13：403-407.。
PVA_浓度对电纺制备ZnO_纳米纤维吸波性能的影响
PVA 浓度对电纺制备ZnO 纳米纤维吸波性能的影响陈 丹*, 周影影, 王 璠, 王泽华, 杨纪龙（西安航空学院 材料工程学院, 西安 710077）摘要：采用静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维，研究聚乙烯醇（PVA ）浓度对ZnO 纳米纤维微观形貌、介电性能和吸波性能的影响规律。
结果表明：随着PVA 浓度从6%增至10%，ZnO 纳米纤维直径变细，但珠结增加，粗细不均。
当PVA 浓度为8%时，ZnO 纳米纤维直径较细、粗细均匀、表面光滑、珠结较少，形貌最好。
此时，其介电常数达到最高值，实部为15.4～20.8，虚部为3.6～4.7，并在较薄的厚度下具有最优的吸波性能。
当70%（质量分数/%，下同）ZnO 纳米纤维/石蜡样品的厚度为1.3 mm 时，反射率低于–5 dB 的吸收带宽达到5.4 GHz （12.6～18 GHz ），最小反射率为–16.6 dB 。
此外，石蜡含量也对样品的介电性能和吸波性能具有重要影响，随着石蜡含量的增加，样品的介电常数降低，当石蜡含量为30%和20%时，样品具有较好的吸波性能。
关键词：静电纺丝；ZnO 纳米纤维；介电性能；吸波性能doi ：10.11868/j.issn.1005-5053.2021.000103中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2022)01-0092-08随着电子技术的蓬勃发展，各种通讯设备使用频繁，产生的电磁辐射对自然环境和人类身体均造成了损害。
此外，在军事领域，隐身技术的不断发展也促使了吸波材料必须向“宽、强、轻、薄”方面发展。
因此，研究新型吸波材料对于解决电磁污染问题和提高武器隐身性能至关重要。
纳米材料由于其独特的形貌结构以及特异的物理化学性能，已成为当代科学领域最具价值、最前沿的一类材料[1]。
同时，ZnO 作为一种典型的n 型宽带隙（E g =3.37 eV ）六方纤锌矿结构半导体[2]，具有质量轻、密度低、介电常数大、介电损耗高和易于大规模制备的特性[3-5]。
ZnO@PAN纳米纤维复合膜的制备及其性能研究
ZnO@PAN纳米纤维复合膜的制备及其性能研究近年来,负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜的制备及其性能研究,已经成为新材料研发的重要热点之一。
负载金属氧化物的静电纺纳米纤维复合膜不仅具备了纳米纤维复合膜超高的比表面积,还同时具有了金属氧化物的特殊物理化学特性。
纳米纤维复合膜由于性能的多样性,使这种材料的应用也越来越广泛,在环境工程、医药科学、能源存储、传感器、军事等方面的应用前景十分广阔。
本文首先通过水热反应在静电纺PAN纳米纤维复合膜上负载ZnO纳米线,研究了纺丝液中PAN和醋酸锌的比例、热分解反应温度、水热反应环境对PAN纳米纤维复合膜上ZnO纳米线生长状态的影响。
通过SEM、TG、FTIR等测试对ZnO@PAN纳米纤维复合膜进行了表征,发现纺丝液中PAN和Zn(AC)2的比例为10:1.5、热分解温度为150℃、水热反应中添加体积比为20:1的氨水时,PAN纳米纤维复合膜上的ZnO纳米线生长密度最均匀,长度和细度最好。
在PAN和Zn(AC)2的比例10:1.5时,对比了不同分解温度下的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在500W的紫外光下对罗丹明B溶液的光催化性能,并采用Langmuir Hinshelwood模型分析ZnO@PAN纳米纤维复合膜的催化动力学。
通过对样品的强力、BET、催化效果、催化动力学分析、催化稳定性进行分析,发现ZnO@PAN纳米纤维复合膜的强力可以达到0.44MPa以上,比表面积可以达到39.049m2/g,在两小时内对罗丹明B的降解效率为66.73%,在进行5次循环实验之后,降解性能仍然在60%以上。
证明负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有一定的光降解性能。
为了进一步提高ZnO@PAN纳米纤维复合膜光催化性能,论文通过ZnO纳米线直径优化和Sm元素掺杂改性,发现改性后获得的ZnO@PAN纳米纤维复合膜在相同条件下对罗丹明B溶液的降解性能可以达到96.4%,并且再经过5次循环实验之后纳米纤维复合膜的光催化性能依然在90%以上,说明改性后的负载ZnO的静电纺纳米纤维复合膜具有工业应用前景。
《ZnO@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究》范文
《ZnO@压电聚合物纳米纤维膜制备及其压电性能研究》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，压电材料在传感器、能量收集器、驱动器等领域具有广泛的应用。
近年来，ZnO@压电聚合物纳米纤维膜因其优异的压电性能和良好的稳定性备受关注。
本文旨在探讨ZnO@压电聚合物纳米纤维膜的制备方法及其压电性能的研究。
二、制备方法1. 材料准备制备ZnO@压电聚合物纳米纤维膜需要准备的材料包括：氧化锌（ZnO）纳米颗粒、压电聚合物、溶剂等。
2. 制备过程（1）将氧化锌纳米颗粒与压电聚合物溶解在适当的溶剂中，形成均匀的溶液。
（2）采用静电纺丝技术，将溶液转化为纳米纤维膜。
（3）对制得的纳米纤维膜进行热处理，以提高其稳定性和压电性能。
三、结构与性能表征1. 结构表征通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对制得的ZnO@压电聚合物纳米纤维膜进行形貌观察，通过X射线衍射（XRD）分析其晶体结构。
2. 压电性能表征（1）利用压电测试仪测量纳米纤维膜的压电系数，评估其压电性能。
（2）通过测试纳米纤维膜在压力作用下的电势输出，分析其响应速度和稳定性。
四、实验结果与分析1. 形貌与结构分析SEM和TEM结果表明，制得的ZnO@压电聚合物纳米纤维膜具有均匀的纤维结构和良好的分散性。
XRD分析表明，纳米纤维膜中的氧化锌以良好的结晶形式存在。
2. 压电性能分析压电测试仪测得的压电系数表明，ZnO@压电聚合物纳米纤维膜具有较高的压电性能。
此外，测试结果表明，该纳米纤维膜在压力作用下的响应速度快，稳定性好。
五、讨论与展望ZnO@压电聚合物纳米纤维膜的制备方法简单，且具有良好的压电性能和稳定性。
这使其在传感器、能量收集器、驱动器等领域具有广泛的应用前景。
未来，可以进一步优化制备工艺，提高纳米纤维膜的压电性能和稳定性，以满足更多领域的应用需求。
此外，还可以探索其他材料与压电聚合物的复合，以获得更多具有优异性能的纳米材料。
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究
静电纺丝技术制备纳米纤维材料的研究随着科学技术的发展，纳米材料已经成为了一个重要的研究领域。
而其中，纳米纤维材料的制备技术也成为了纳米科技研究中的一个重要领域。
静电纺丝技术作为一种先进的纳米纤维材料制备技术，其制备的纳米纤维材料广泛应用在各个领域，如生物医学、环境保护和能源材料等领域。
一、静电纺丝技术的原理与过程静电纺丝技术是利用静电力和表面张力将高分子溶液或熔融物在高电场下的电荷作用下进行拉丝成纤维。
在高电场下，液体表面张力对于电场的效应会产生剥离力，而相互作用较弱的分子会在电场力的作用下被拉伸成纤维形状，产生纳米纤维材料。
静电纺丝技术的整个过程包括物料预处理、电极设计、高电压电场设置、喷丝电极喷液和纤维成形过程。
通常情况下，静电纺丝技术需要一个能够提供高电压的电源和一个线圈，以及能够喷液的电极。
液体从电极中喷出，并在电场的作用下生成纳米纤维材料。
静电纺丝技术的优点在于：可以制备高比表面积、高孔隙率和高表面活性的纳米纤维膜，可以用于材料性能的调整和优化。
二、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在生物医学中的应用1. 纳米纤维支架静电纺丝技术制备的纳米纤维支架被广泛应用于人工血管、人造骨的制备等领域。
纳米纤维支架具有良好的生物相容性和力学性能，能够促进细胞分裂和细胞增殖，从而促进组织生长和恢复。
2. 组织构建材料静电纺丝技术能够制备出精细的纳米纤维纺织品，这些纳米纤维纺织品可以被用于构建人工组织、生物芯片等生物医学领域的应用。
三、静电纺丝技术制备纳米纤维材料在环境保护中的应用1. 空气净化材料利用静电纺丝技术制备的纳米纤维材料可以被应用于空气污染治理中。
通过建立一些纤维过滤织物，可以有效地实现对空气中挥发性有机物（VOCs）和颗粒物的过滤和除去，达到净化空气和改善空气质量的目的。
2. 水净化材料静电纺丝技术可以制备出超细的纳米纤维膜，这些膜可以被广泛应用于水净化中。
纳米纤维膜的微孔结构可以有效地过滤水中的大分子杂质和细菌等微生物，从而得到更清洁、更安全的水源。
静电纺丝法制备ZnO纳米纤维及其光催化性能的研究
第24卷 第1期2008年1月福建师范大学学报(自然科学版)Journal of Fujian N o r m al U niversity (N atural Science Editi on )V o l 124 N o 11Jan 12008文章编号:100025277(2008)0120066204静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维及其光催化性能的研究刘 艳,夏 宁,陈日耀,郑 曦,陈 震3(福建师范大学化学与材料学院,福建福州 350007) 摘要:以聚乙烯醇作为络合剂与醋酸锌反应制得纺丝液,采用静电纺丝法制得聚乙烯醇 醋酸锌复合纤维,经煅烧后得到直径为100nm 的纯ZnO 无机纳米纤维.对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和表面形貌,分别采用X 射线粉末衍射、差热2热重分析(T G 2D TA )、红外光谱(I R )、扫描电镜(SE M )等分析测试手段进行表征.光降解亚甲基蓝水溶液的实验结果表明,700℃下煅烧得到的ZnO 纳米纤维,紫外光照60m in 使质量浓度为20m g L 亚甲基蓝溶液的脱色率达99%,ZnO 纳米颗粒对亚甲基蓝脱色率为84%,这充分说明ZnO 纳米纤维具有良好的光催化性能.关键词:静电纺丝法;纳米纤维;氧化锌中图分类号:O 614141;TQ 342193 文献标识码:A 收稿日期:2007206211 基金项目:福建省教育厅基金资助项目(JB 06069;JB 05314) 作者简介:刘艳(1982— ),女,湖北荆门人,硕士研究生.3通讯作者:zc 1224@publ 1fz 1fj 1cnPrepara tion and Photo -ca ta lytic Character iza tion of ZnONanof ibers by Electrosp i nn i ngL IU Yan ,X I A N i ng ,CHEN R i -yao ,ZHENG X i ,CHEN Zhen 3(Colleg e of Che m istry and M aterials S cience ,F uj ian N or m al U niversity ,F uz hou 350007,Ch ina )Abstract :PVA zinc acetate com po site fibers w ere p repared u sing so l 2gel p rocessing andelectro sp inn ing techn ique .T he p u re ino rgan ic ZnO nanofibers w ith a diam eter of 100nmw ere ob tained after the p recu rso r fibers w ere calcined at 700℃.ZnO nanofibers w ere characterized by XRD ,T G 2D TA ,FT 2I R and SE M ,resp ectively .T he resu lts show ed that m ethylene b lue w as m ineralized in aqueou s con tain ing ZnO nanofibers upon radiati on w ith u ltravi o let ligh t and the m ineralizati on rate w as clo se to 99%at 60m in .ZnO nanofibers have a better p ho tocatalytic p rop erty than that of ZnO nanop articles fo r degradati on of m ethylene b lue .Key words :electro sp inn ing ;nanofibers ;ZnO纳米ZnO 作为一种宽带隙、高激发能的n 型半导体氧化物[1],具有许多优良的性质,因而被广泛应用于变阻器[2]、传感器[3]、光催化等许多领域.已有ZnO 纳米线[4]、纳米棒[5]及纳米带[6]等的报道.众所周知,纳米粉体易团聚,使用时易损失,且回收困难,这些缺陷在一定程度上限制了它的实际应用.如果把ZnO 制成纳米纤维,由于纳米纤维组成一定厚度的膜具有固定的形状和较好的机械强度,所以具有良好的可操作性和易回收的优点[7].本文采用静电纺丝法制备了ZnO 纳米纤维,用均相沉淀法制备了ZnO 纳米微粒,并用其降解亚甲基蓝染料.由于用静电纺丝法制备的ZnO 纳米纤维,具有较大的比表面积和纳米微孔结构[8],所以亚甲基蓝脱色效果显著.1 实验部分111 试剂及仪器聚乙烯醇(PVA ,国药集团化学试剂有限公司,平均相对分子质量为60000)、醋酸锌Zn (A c )2・2H 2O 、无水碳酸钠、ZnSO 4・7H 2O 均为市售分析纯试剂.实验溶液以二次蒸馏水配制.X πp ert P ro 粉末衍射仪,Ph ili p s 公司出品,Cu K Α,N i 滤波,管流40mA ,管压40kV ,扫描速度2(°) m in ;红外光谱分析采用N ico late 公司的670型FT 2I R 测定,KB r 压片;差热2热重(T G 2D TA )分析采用S 公司T G 2D TA 6300热分析仪,空气气氛,升温速率为10℃ m in ;采用JS M 26360LV 扫描电镜对纤维进行形貌观察.112 前驱体溶液配制称取115g Zn (A c )2・2H 2O 溶解于15mL 去离子水中,在搅拌下将醋酸锌溶液缓慢滴加到40mL 质量分数为12%的PVA 溶液中,在70℃下继续搅拌2h ,制得PVA Zn (A c )2前驱体溶液(纺丝液).113 ZnO 纳米纤维的制备图1 静电纺丝装置示意图把纺丝液装入内径为16mm ,体积为10mL 的注射器中,将该注射器安置在微量注射泵上.按图1所示装置纺丝.将高压电源的正电极夹在注射器的金属针头上,另一个电极与距针头6～15c m 的铝箔纸相连.利用微量注射泵的推力把纺丝液从注射器的针头挤出,在针头形成T aylo r 锥体,在高压电场下进行纺丝.具体纺丝条件为:供料速度5ΛL m in ,电场约为1kV c m ,针头与铝箔纸间的距离为13c m .这样,获得的PVA Zn (A c )2复合纤维无规则地收集在铝箔纸上,形成纳米纤维膜.将制得的纳米纤维膜取下,于80℃下真空干燥4h 后,放入马弗炉中,以10℃m in 的速率升温,于700℃下煅烧2h ,得到分布均匀的ZnO 纳米纤维.114 ZnO 纳米颗粒的制备取0112m o l 无水N a 2CO 3溶解在240mL 蒸馏水中,在剧烈搅拌下,缓慢滴入200mL 015m o l L 的ZnSO 4溶液,继续搅拌015h ,静置后过滤,洗涤,放入80℃烘箱中干燥3h ,继而在500℃下焙烧1h ,自然冷却至室温,得到白色粉体.115 光催化性能测试配置质量浓度为20m g L 的亚甲基蓝溶液.取3个锥形瓶,各加入150mL 亚甲基蓝溶液,往一个瓶中加40m g ZnO 纳米纤维,另一个瓶加40m g ZnO 纳米颗粒,第三个瓶不加任何催化剂,调节溶液的pH 值至3,静置2h 后,将3个锥形瓶移入紫外光照射的容器中(江阴光电仪器公司出品的20W 杀菌紫外灯,主波长25317nm ),电磁搅拌,每隔10m in 取样,以1c m 石英皿为样品槽,水为参比,采用紫外可见分光光度计对样品在300～800nm 区进行全程扫描,选取最大吸收波长664nm 处,测定样品吸光度的变化.2 结果与讨论211 差热-热重分析图2中T G 结果表明,PVA Zn (A c )2复合纤维加热到700℃时,PVA 和醋酸锌中的有机物部分及其它易挥发物质(H 2O 和CO 2等)被完全除去,剩余物质应为纯ZnO .D TA 曲线共有5个较大峰,在300℃之前有2个较大吸热峰(166℃和296℃),这是PVA 醋酸锌复合纤维残余的水分和醋酸锌失去结晶水以及醋酸锌和PVA 支链的分解峰,从T G 曲线上看出在这个分解过程中,质量减少45%;在333℃,419℃和480℃出现的3个较大的放热峰是PVA 主链的分解峰,从300℃到500℃的分解过程中,76 第1期 刘 艳等:静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维及其光催化性能的研究质量减少25%,500℃以后质量基本没变化.结果表明,PVA 醋酸锌复合纤维煅烧到700℃时,剩下的物质是纯无机金属氧化物.212 红外光谱分析图3是PVA Zn (A c )2复合纤维煅烧前后的红外谱图.图3谱线a 中3410、2350、1680、1380、1120、1030、619c m -1处出现的吸收峰应归属于PVA Zn (A c )2复合纤维中O —H 、C —H 、C =O 及C —C 等键的振动.煅烧至700℃时,这些峰减弱或者消失(图3谱线b ),由于PVA 和醋酸锌的分解,在472c m -1处出现一个ZnO 的特征峰,表明PVA 醋酸锌复合纤维煅烧至700℃时,剩余物完全是纯ZnO 无机组分.图2 PVA Zn (Ac )2复合纤维TG -D TA曲线a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1700℃煅烧图3 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的红外谱图213 X 射线粉末衍射分析a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1400℃煅烧;c 1550℃煅烧;d 1700℃煅烧;e 1ZnO 标准谱图图4 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的XR D 谱图图4示出了PVA Zn (A c )2复合纤维在不同煅烧温度下的XRD 谱.从图4谱线a 可以看出PVA 醋酸锌前驱体纤维煅烧前,在2Η=20(°)处出现1个较宽的峰,是PVA Zn(A c )2复合纤维中PVA 的半晶态峰[9].当煅烧至400℃(图4谱线b )时,半晶态峰消失,同时在2Η=3112(°)处出现1个小峰,表明有少量ZnO 生成.当煅烧至550℃(图4谱线c )时,生成了六角纤锌矿结构的ZnO ;煅烧到700℃时ZnO的晶态峰增强,从图4谱线d 可以看出在2Η=3118、3415、3613、4716、5617、6219、6614、6811、6912(°)处衍射峰尖锐,各衍射峰的位置与JCPD S 标准卡N o 1891397的衍射峰位置(图4谱线e )一致,可以确定当产物煅烧到700℃时得到了纯ZnO 纳米纤维.214 纤维形态分析图5为PVA Zn (A c )2复合纤维及其在700℃下煅烧后的扫描电镜照片.从图5a 可以看到,PVA Zn (A c )2复合纤维表面光滑、直径较粗,在300～700nm 之间,在高温下煅烧时,由于PVA 和醋酸锌的分解,纤维逐渐变细、表面变得粗糙a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1700℃煅烧图5 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的SE M 照片(图5b ),但仍保持了纤维的形状,当煅烧至700℃时,ZnO 纳米纤维直径约为100nm .215 催化降解效果根据朗伯—比尔定律可知,溶液吸光度与浓度成正比,所以吸光度可以反映亚甲基蓝溶液浓度的变化,进一步可通过公式:脱色率=(A 0-A t ) A 0计算出亚甲基蓝溶液的脱色率(A 0为光催化反应前亚甲基蓝溶液的吸光度,A t 为光催化反应后亚甲基蓝溶液的吸光度).由图6可见,纳米ZnO 颗粒降解亚甲基蓝效果逊于ZnO 纳米纤维,86福建师范大学学报(自然科学版) 2008年 图6 亚甲基蓝脱色率与反应时间的关系用ZnO 纳米纤维60m in 后脱色率达99%,不加催化剂,光照同样时间后,染料颜色无明显变化.ZnO 纳米纤维良好的光催化性能,缘于其巨大的比表面积.研究表明[10],煅烧后的纳米纤维含有微小的、有缺陷的和无规则取向的孔隙,这些孔隙可从液体或气体中吸附有毒分子,在适当条件下进而氧化分解,最终脱色.纳米孔结构与高的比表面积是一致的.3 结论本文以水作为溶剂,聚乙烯醇作为络合剂与醋酸锌反应制得聚乙烯醇 醋酸锌前驱体,采用静电纺丝法制得聚乙烯醇 醋酸锌复合纤维,经煅烧后得到直径为100nm 的纯ZnO 无机纳米纤维.纳米ZnO 颗粒和ZnO 纳米纤维降解亚甲基蓝.紫外光照60m in 后,ZnO 纳米纤维降解的染料脱色率高达99%,纳米ZnO 颗粒降解的亚甲基蓝脱色率只有84%.参考文献:[1]韩冬,任湘菱,陈东,等.纳米ZnO 的制备及其光催化性能研究[J ].感光科学与光化学,2005,23(6):414-420.[2]L i Z ,Zhao Y X ,Zhou J Y .Characterizati on of ZnO 2based varisto rs p repared from nanom etre p recurso r pow ders[J ].A dv M ater Op t E lectron ,1999,9(5):205-209.[3]M inne S C ,M analis S R ,Q uate C F .Parallel atom ic fo rce m icro scopy using cantilevers w ith integrated p iezo resistive senso rs and integrated p iezoelectric actuato rs [J ].A pp lied Physics L etters ,1995,67(26):3918-3920.[4]Kong Y C ,Yu D P ,Zhang B ,et al .U ltravi o let 2em itting ZnO nanow ires synthesized by physical vapo r depo siti onapp roach [J ].A pp lied Physics L etters ,2001,73(4):407-409.[5]Xu C K ,Xu G D ,L iu Y K ,et al .A si m p le and novel route fo r the p reparati on of ZnO nano rods [J ].So lid StateComm unicati ons ,2002,122(34):175-179.[6]黄运华,张跃,贺建,等.氧化锌纳米带的低温无催化热蒸发制备及其表征[J ].物理化学学报,2005,21(3):239-243.[7]高绪珊,吴大诚.纳米纺织品及其应用[M ].北京:化学工业出版社,2004:41-73.[8]邵长路,关宏宇,温尚彬,等.静电纺丝法制备N i O 纳米纤维及其表征[J ].高等学校化学学报,2004,25(6):1013-1015.[9]N ish i o Y ,M anley R S .Cellulo se po ly (vinyl alcoho l )blends p repared from so luti ons in N ,N 2di m ethylacetam ide 2lith ium ch lo ride [J ].M acromo lecules ,1988,21:1270-1277.[10]Salem D R .聚合物纤维结构的形成[M ].高绪珊,吴大诚,译.北京:化学工业出版社,2004.(责任编辑:陈力勤)96 第1期 刘 艳等:静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维及其光催化性能的研究。
ZnO基纳米纤维的制备及性能研究的开题报告
ZnO基纳米纤维的制备及性能研究的开题报告一、选题的背景及意义随着科技的不断发展，氧化锌（ZnO）在光电、光催化、传感领域等方面受到越来越多的关注。
作为一种重要的半导体材料，ZnO因具有广泛的能带结构和可调节的带隙而具有良好的光电性能，同时具有很高的化学稳定性和生物相容性，使其在各个领域都有着广泛的应用。
随着纳米技术的不断发展，ZnO基纳米纤维已成为研究的热点之一。
ZnO基纳米纤维具有较高的比表面积和可控的结构特性，使其在各个领域均有着较好的应用前景。
例如，在催化领域，ZnO基纳米纤维可以作为有效的催化剂，具有高效能的催化层；在传感领域，ZnO基纳米纤维可以作为敏感材料，实现对气体和液体的有效检测。
因此，对ZnO基纳米纤维的制备和性能研究，有重要的科学意义和应用价值。
二、研究的内容及方法本研究拟采用静电纺丝法制备ZnO基纳米纤维，并对其进行表征与性能研究。
具体研究内容包括以下几个方面：1.采用不同实验参数（如溶液浓度、静电场强度等）来制备ZnO基纳米纤维，并优化制备工艺，以获得较好的纤维形态和性能。
2.对制备的ZnO基纳米纤维进行表征，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等分析手段，以分析纤维的形态、结构和成分等性质。
3.研究ZnO基纳米纤维的光电性能、催化性能和传感性能等，包括对其光致发光（PL）性质的研究、对其催化甲醇氧化反应的活性测定、对其气体和液体传感能力的研究等。
三、预期研究成果及意义本研究预期可获得以下几个方面的成果：1.成功制备出ZnO基纳米纤维，并获得较好的形态和性能。
2.通过SEM、TEM、XRD等分析手段，深入了解纳米纤维的结构和成分特征。
3.研究纳米纤维的光电性能、催化性和传感性能，探索其在光电和催化领域的应用前景。
研究成果可为ZnO基纳米纤维的应用提供理论基础和实验支撑，有助于推动纳米技术的发展和应用。
《ZnO基纳米纤维制备及其室温下氨气传感特性研究》范文
《ZnO基纳米纤维制备及其室温下氨气传感特性研究》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在传感器、能源、环境治理等领域展现出了巨大的应用潜力。
其中，氧化锌（ZnO）基纳米纤维作为一种典型的半导体纳米材料，在气体传感器领域有着广泛的应用前景。
本文将详细介绍ZnO基纳米纤维的制备方法，并探讨其在室温下对氨气（NH3）的传感特性。
二、ZnO基纳米纤维的制备ZnO基纳米纤维的制备主要采用静电纺丝法。
该方法具有操作简便、成本低廉、可大规模生产等优点。
具体步骤如下：1. 材料准备：将适量的锌盐（如醋酸锌）溶解在有机溶剂（如N,N-二甲基甲酰胺）中，制备成前驱体溶液。
2. 静电纺丝：将前驱体溶液装入带有高压电源的注射器中，通过调整电压、注射速度等参数，使溶液在电场作用下形成纤维状结构。
3. 热处理：将静电纺丝得到的纤维进行热处理，使纤维中的有机成分挥发，同时使ZnO结晶。
三、室温下氨气传感特性的研究ZnO基纳米纤维作为氨气传感器，具有响应速度快、灵敏度高、工作温度低等优点。
在室温下，其传感特性主要表现在以下几个方面：1. 灵敏度：ZnO基纳米纤维对氨气的响应灵敏度较高，能够快速检测低浓度的氨气。
2. 选择性：在多种气体中，ZnO基纳米纤维对氨气的响应更为显著，表现出良好的选择性。
3. 稳定性：ZnO基纳米纤维传感器在室温下具有较好的稳定性，能够长时间工作而无需加热。
4. 响应恢复特性：传感器对氨气的响应和恢复速度较快，有利于实时监测氨气浓度。
四、实验结果与讨论通过实验，我们得到了ZnO基纳米纤维传感器对氨气的传感特性数据。
如图1所示，当氨气浓度增加时，传感器的电阻值也随之增加，呈现出明显的正相关关系。
此外，我们还发现传感器在不同湿度条件下的性能表现也有所不同，这为进一步优化传感器性能提供了依据。
图2展示了ZnO基纳米纤维传感器对氨气的响应恢复曲线。
从图中可以看出，传感器对氨气的响应和恢复速度较快，表现出良好的动态性能。
静电纺丝纳米纤维的制备及应用研究
静电纺丝纳米纤维的制备及应用研究静电纺丝技术是一种将聚合物液体或溶液转变为纤维的方法，其在制备纳米纤维方面具有广泛的应用。
静电纺丝纳米纤维具有极高的表面积和孔隙率，其特殊的物理和化学性质使其在生物医学、纳米复合材料、能源储存和传输等领域中有着重要的应用价值。
静电纺丝纳米纤维的制备静电纺丝法是目前制备纳米纤维最常用的方法之一。
其基本过程为：聚合物或聚合物溶液被注入静电纺丝机的喷头，施加高电压使聚合物形成高电场下的聚合物纤维，再通过卷绕、干燥等步骤得到具有纳米级直径的纳米纤维。
静电纺丝纳米纤维的直径可控范围很大，一般为50-500纳米，最小可达10纳米。
静电纺丝纳米纤维的纤维间距、孔径大小和表面性质等均可控制。
静电纺丝纳米纤维的制备工艺需要考虑材料的选择、聚合物浓度和溶液的性质等多方面因素。
不同材料的静电纺丝特性不同，需要根据实际应用选择最合适的聚合物。
聚合物浓度和溶液的性质会影响到纳米纤维的直径、表面性质和孔隙率等，因此需要设计优化制备条件。
同时，制备静电纺丝纳米纤维需要考虑操作的安全性和可行性，需要使用自动化设备和严格的操作规程来确保品质和稳定性。
静电纺丝纳米纤维的应用静电纺丝纳米纤维在医学领域中的应用是其最为广泛的应用之一。
静电纺丝纳米纤维具有极高的比表面积和孔隙率，因此可以作为人工细胞结构、药物载体和生物材料等用于构建组织工程和治疗疾病。
由于静电纺丝纳米纤维可以精确控制纤维直径和孔隙率等特性，因此可以用于模拟复杂的生物环境和调控细胞行为。
同时，静电纺丝纳米纤维的高比表面积还可以提高药物在体内的生物利用度和缩短治疗时间。
静电纺丝纳米纤维在材料科学领域中也有重要的应用。
由于其具有良好的机械性能、热稳定性和导电性能等，因此可以作为复合材料和能源储存器件等方面的材料基础。
静电纺丝纳米纤维可以与其他纳米材料相结合，形成具有优异性能的纳米复合材料。
同时，静电纺丝纳米纤维可以用于制备电池材料等电能转换和储存器件，可以提高电池的放电性能和节约非再生资源。
利用静电纺丝技术制备ZnO纳米线
Ｎ４ ）混合水溶液 中，在 ９ ℃水浴 里加热 ３ ，使 Ｚ Ｏ纳米 Ｏ ｈ ｎ 线在有 Ｚ Ｏ纳米种子的 Ｚ Ｏ／Ｓ０ 复合纤维膜 上生长 ，得 ｎ ｎ ｉ２ 到 的样品立即用流动 的去 离子水反 复清洗 ，洗 去表 面残 留 的多余离子和胺盐＿ 。 ６ ］
物理法 ：热氧化法和气相输运法制备 Ｚ Ｏ纳米线 ［ 。 ｎ ５ ］ 在本文的研究 工作 中，通过溶胶 一凝 胶法制备 Ｚ ０纳 ｎ 米种子ｌ ，用 电纺得 到的 Ｚ Ｏ ｉｚ复合纤 维膜 浸在纳米 ＿ ６ ］ ｎ ／ＳＯ
Ｚ Ｏ溶胶 中，使其充当控制 Ｚ Ｏ纳米线 （ ）生 长的先驱 ｎ ｎ 棒 物种子 ，同时避免 了催 化剂带来 的污染 ，再 采用溶 液生 长 制备 Ｚ Ｏ纳米棒 。 ｎ
电 源 ， 电压 １ｌ ６ ｖ；针 尖 正 下 方 放 置 铝 片 接 收 ，铝 片 接 地 ， 【
Ｚ Ｏ具有很多优越特性 ，如较 高的激子束 缚能 ６ｍｅ ｎ ０ Ｖ
（ 大 于 室 温 热 离 化 能 ２ ｍｅ 、宽 禁 带 （ 远 ６ Ｖ） Ｅ＝３ ２ ｅ 、室 ． ７Ｖ）
针尖和铝片的距离 为 １ｃ ８ｍ，室温 下进行纤维 的制备 ，得到 直径 分布 均匀 、表 面光 滑 的醋酸 锌 、正硅 酸 乙酯／ Ｖ Ｐ Ｐ纤 维 。将得到的醋酸 锌、正硅酸 乙酯／ ｖ Ｐ Ｐ纤维 进行 热处 理 ， 最终选择热处理方案 ：５Ｃ ｍ ｎ ＂／ ｉ 升温至 ５０ ５￣ Ｃ，保温 ２ｈ ，随
１２Ｚ Ｏ纳米种子的制备 ． ｎ
溶胶一凝胶法制 备 Ｚ Ｏ纳米种 子。实验过程分 ２步进 ｎ 行 ：第 １ 步制备 ＺＯ胶体 ，用 电子天平称一定 量的醋酸锌 ， ｎ
加入 ５ ０ｍＬ无水乙醇中，溶解后在 ６ ℃的水浴下不停搅拌 ２ Ｏ ｈ ，置于冰水浴 中冷却 ，加入 Ｌ０Ｈ． ０，不停 搅拌 ，用抽 ｉ Ｈ２ 滤装置抽滤后得到纳米 Ｚ Ｏ溶胶 ；第 ２步在 Ｚ ０／Ｓ 复合 ｎ ｎ 纤维膜上制 备 Ｚｌ ｒ ０纳米种 子 ，为 了有 利 于纳米 线 的生长 ， 用 Ｚ Ｏ ｉｚ复合纤维膜浸 在纳米 Ｚ Ｏ溶胶 中 ３ ，使其充 ｎ ／Ｓ Ｏ ｎ ｈ 当控制 Ｚ Ｏ纳米线 （ ｎ 棒）生长的先驱物种子 。
静电纺丝方法制备纳米纤维的研究与应用
静电纺丝方法制备纳米纤维的研究与应用纳米技术是一种兴起的新兴技术，其主要应用于生物医学、纺织、环境保护等领域。
在这些领域中，纳米纤维是最基本的材料之一。
静电纺丝方法制备的纳米纤维具有极细的直径、高比表面积和较佳的材料特性，因此广泛应用于生物医学、化学、环境保护、电子器件制备等领域。
一、静电纺丝方法制备纳米纤维的基本原理静电纺丝方法可以说是一种从流体中制备高性能的纳米纤维的过程。
其基本原理为，通过电荷作用使流体中的高分子物质形成纳米级别的纤维。
静电纺丝方法制备纳米纤维的流程一般为：首先将聚合物连续加热到熔态，然后以恒定的速度使其流动，同时通过千伏级别的静电场进行辊压拉伸，使得聚合物在电场作用下形成不连续的固态纤维，最终形成具有纳米尺度的单纤维。
二、静电纺丝方法制备纳米纤维的特点1. 直径控制能力强：静电纺丝方法能得到直径在数十纳米到几微米范围内的纤维。
通过控制不同参数，如聚合物质量浓度、静电场强度、药物和掺杂物质量等，可以调节纳米纤维的直径。
2. 表面积大：由于纳米纤维表面积大，因此也有更好的化学反应能力和更好的生物相容性能。
这使得静电纺丝方法制备的纳米纤维在生物医学、化学、环境保护、电子器件制备等领域有广泛的应用。
3. 应用领域广泛：静电纺丝方法制备的纳米纤维可以应用于生物医学、化学、环境保护、电子器件制备等领域。
例如，用纳米纤维材料制备的各种生物传感器，可以应用于生物医学中的蛋白质浓度检测、细胞的迁移和治疗、食品、水中有害物质的检测等；同时，也可用来制备气体过滤、滤清、电池、涂层等应用。
三、静电纺丝方法制备纳米纤维的进展与应用随着纳米技术的不断发展，静电纺丝方法制备纳米纤维应用领域也在不断扩大。
在生物医学领域，纳米纤维被应用于人工皮肤、载药纳米纤维包含药物和生物相容性好等领域；在环境保护领域中，纳米纤维可被应用于过滤、内衬、捕获有机物和微生物的技术领域等；在电子器件制备领域中，可以将纳米纤维用于液晶屏幕的增强光、锂离子电池的电极、超级电容器、燃料电池、传感器、防伪技术和防盗技术等方面的应用。
静电纺丝纳米纤维的制备与应用研究
静电纺丝纳米纤维的制备与应用研究随着科学技术的发展，纳米材料逐渐成为生物医学、能源储存、信息技术等各个领域的重要组成部分。
其中，纳米纤维作为一种具有高比表面积、可调控性、生物相容性等优点的纳米材料，被广泛应用于组织工程、传感器、污染物去除等领域。
其中，静电纺丝技术是一种常用的制备纳米纤维的方法。
本文将介绍静电纺丝技术的原理、优缺点，并探讨其在生物医学和环境领域的应用。
一、静电纺丝技术原理静电纺丝技术是通过高压静电场作用下，将聚合物溶液中的聚合物拉伸成纳米尺度的纤维，形成纳米纤维膜。
其制备步骤如下：（1）准备聚合物溶液：将聚合物加入有机溶剂中，达到一定浓度。
（2）注入高压静电场：将聚合物溶液注入高压静电场，在静电场作用下，聚合物分子受力，流体形成了稳定的射流。
（3）干燥：在纳米纤维形成后，采用自然干燥、紫外辐射干燥等方法，去除有机溶剂。
（4）获取纳米纤维膜：经过干燥后，聚合物纳米纤维形成了一层自支撑的薄膜。
二、静电纺丝技术的优缺点静电纺丝技术具有以下几个优点：（1）简单易学：静电纺丝技术不需要复杂的设备和条件，只需要高压静电设备、聚合物溶液、收集器等较简单的设备和条件，操作简单易学。
（2）纳米纤维形成速度快：静电纺丝技术采用了高压静电场，使得聚合物分子能够快速被拉伸成纳米尺度的纤维，形成纳米纤维膜的速度快。
（3）纳米纤维精度高：静电纺丝技术基于高压静电场，能够形成纤维直径较小、长度较长的纳米纤维，其精度高、可调控性好、空隙率小。
（4）适用性广：静电纺丝技术可用于多种聚合物溶液，根据不同的需要制备出具有不同性质的纳米纤维。
但是，静电纺丝技术也存在以下几个缺点：（1）制备的纳米纤维薄膜强度较低：静电纺丝技术制备出的纳米纤维薄膜强度较低，易断裂。
（2）仅适用于溶解于有机溶剂中聚合物：静电纺丝技术只适用于聚合物在有机溶剂中的聚合物。
（3）处理有机溶剂产生环境污染：静电纺丝技术的制备需要有机溶剂，容易造成环境污染。
ZnO纳米纤维制备及其性能表征
ZnO纳米纤维制备及其性能表征
李栋;孙娜;李钒;赵久艾;翟国均
【期刊名称】《天津化工》
【年(卷),期】2014(28)5
【摘要】以PVP为前驱体溶液,采用静电纺丝法制备了PVP/Zn(CH3COO)2复合纤维,通过煅烧进一步制得了ZnO纳米纤维.并对所得样品进行了扫描电子显微镜(SEM)分析,TG-DTG分析,并对纳米ZnO纤维和纳米ZnO颗粒的抗菌性能进行了测试.
【总页数】3页(P18-20)
【作者】李栋;孙娜;李钒;赵久艾;翟国均
【作者单位】天津渤海职业技术学院,天津300022;天津渤海职业技术学院,天津300022;天津渤海职业技术学院,天津300022;天津渤海职业技术学院,天津300022;天津渤海职业技术学院,天津300022
【正文语种】中文
【中图分类】TQ342+.94
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第24卷 第1期2008年1月福建师范大学学报(自然科学版)Journal of Fujian N o r m al U niversity (N atural Science Editi on )V o l 124 N o 11Jan 12008文章编号:100025277(2008)0120066204静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维及其光催化性能的研究刘 艳,夏 宁,陈日耀,郑 曦,陈 震3(福建师范大学化学与材料学院,福建福州 350007) 摘要:以聚乙烯醇作为络合剂与醋酸锌反应制得纺丝液,采用静电纺丝法制得聚乙烯醇 醋酸锌复合纤维,经煅烧后得到直径为100nm 的纯ZnO 无机纳米纤维.对所制得的纳米纤维的结晶度、纯度和表面形貌,分别采用X 射线粉末衍射、差热2热重分析(T G 2D TA )、红外光谱(I R )、扫描电镜(SE M )等分析测试手段进行表征.光降解亚甲基蓝水溶液的实验结果表明,700℃下煅烧得到的ZnO 纳米纤维,紫外光照60m in 使质量浓度为20m g L 亚甲基蓝溶液的脱色率达99%,ZnO 纳米颗粒对亚甲基蓝脱色率为84%,这充分说明ZnO 纳米纤维具有良好的光催化性能.关键词:静电纺丝法;纳米纤维;氧化锌中图分类号:O 614141;TQ 342193 文献标识码:A 收稿日期:2007206211 基金项目:福建省教育厅基金资助项目(JB 06069;JB 05314) 作者简介:刘艳(1982— ),女,湖北荆门人,硕士研究生.3通讯作者:zc 1224@publ 1fz 1fj 1cnPrepara tion and Photo -ca ta lytic Character iza tion of ZnONanof ibers by Electrosp i nn i ngL IU Yan ,X I A N i ng ,CHEN R i -yao ,ZHENG X i ,CHEN Zhen 3(Colleg e of Che m istry and M aterials S cience ,F uj ian N or m al U niversity ,F uz hou 350007,Ch ina )Abstract :PVA zinc acetate com po site fibers w ere p repared u sing so l 2gel p rocessing andelectro sp inn ing techn ique .T he p u re ino rgan ic ZnO nanofibers w ith a diam eter of 100nmw ere ob tained after the p recu rso r fibers w ere calcined at 700℃.ZnO nanofibers w ere characterized by XRD ,T G 2D TA ,FT 2I R and SE M ,resp ectively .T he resu lts show ed that m ethylene b lue w as m ineralized in aqueou s con tain ing ZnO nanofibers upon radiati on w ith u ltravi o let ligh t and the m ineralizati on rate w as clo se to 99%at 60m in .ZnO nanofibers have a better p ho tocatalytic p rop erty than that of ZnO nanop articles fo r degradati on of m ethylene b lue .Key words :electro sp inn ing ;nanofibers ;ZnO纳米ZnO 作为一种宽带隙、高激发能的n 型半导体氧化物[1],具有许多优良的性质,因而被广泛应用于变阻器[2]、传感器[3]、光催化等许多领域.已有ZnO 纳米线[4]、纳米棒[5]及纳米带[6]等的报道.众所周知,纳米粉体易团聚,使用时易损失,且回收困难,这些缺陷在一定程度上限制了它的实际应用.如果把ZnO 制成纳米纤维,由于纳米纤维组成一定厚度的膜具有固定的形状和较好的机械强度,所以具有良好的可操作性和易回收的优点[7].本文采用静电纺丝法制备了ZnO 纳米纤维,用均相沉淀法制备了ZnO 纳米微粒,并用其降解亚甲基蓝染料.由于用静电纺丝法制备的ZnO 纳米纤维,具有较大的比表面积和纳米微孔结构[8],所以亚甲基蓝脱色效果显著.1 实验部分111 试剂及仪器聚乙烯醇(PVA ,国药集团化学试剂有限公司,平均相对分子质量为60000)、醋酸锌Zn (A c )2・2H 2O 、无水碳酸钠、ZnSO 4・7H 2O 均为市售分析纯试剂.实验溶液以二次蒸馏水配制.X πp ert P ro 粉末衍射仪,Ph ili p s 公司出品,Cu K Α,N i 滤波,管流40mA ,管压40kV ,扫描速度2(°) m in ;红外光谱分析采用N ico late 公司的670型FT 2I R 测定,KB r 压片;差热2热重(T G 2D TA )分析采用S 公司T G 2D TA 6300热分析仪,空气气氛,升温速率为10℃ m in ;采用JS M 26360LV 扫描电镜对纤维进行形貌观察.112 前驱体溶液配制称取115g Zn (A c )2・2H 2O 溶解于15mL 去离子水中,在搅拌下将醋酸锌溶液缓慢滴加到40mL 质量分数为12%的PVA 溶液中,在70℃下继续搅拌2h ,制得PVA Zn (A c )2前驱体溶液(纺丝液).113 ZnO 纳米纤维的制备图1 静电纺丝装置示意图把纺丝液装入内径为16mm ,体积为10mL 的注射器中,将该注射器安置在微量注射泵上.按图1所示装置纺丝.将高压电源的正电极夹在注射器的金属针头上,另一个电极与距针头6～15c m 的铝箔纸相连.利用微量注射泵的推力把纺丝液从注射器的针头挤出,在针头形成T aylo r 锥体,在高压电场下进行纺丝.具体纺丝条件为:供料速度5ΛL m in ,电场约为1kV c m ,针头与铝箔纸间的距离为13c m .这样,获得的PVA Zn (A c )2复合纤维无规则地收集在铝箔纸上,形成纳米纤维膜.将制得的纳米纤维膜取下,于80℃下真空干燥4h 后,放入马弗炉中,以10℃m in 的速率升温,于700℃下煅烧2h ,得到分布均匀的ZnO 纳米纤维.114 ZnO 纳米颗粒的制备取0112m o l 无水N a 2CO 3溶解在240mL 蒸馏水中,在剧烈搅拌下,缓慢滴入200mL 015m o l L 的ZnSO 4溶液,继续搅拌015h ,静置后过滤,洗涤,放入80℃烘箱中干燥3h ,继而在500℃下焙烧1h ,自然冷却至室温,得到白色粉体.115 光催化性能测试配置质量浓度为20m g L 的亚甲基蓝溶液.取3个锥形瓶,各加入150mL 亚甲基蓝溶液,往一个瓶中加40m g ZnO 纳米纤维,另一个瓶加40m g ZnO 纳米颗粒,第三个瓶不加任何催化剂,调节溶液的pH 值至3,静置2h 后,将3个锥形瓶移入紫外光照射的容器中(江阴光电仪器公司出品的20W 杀菌紫外灯,主波长25317nm ),电磁搅拌,每隔10m in 取样,以1c m 石英皿为样品槽,水为参比,采用紫外可见分光光度计对样品在300～800nm 区进行全程扫描,选取最大吸收波长664nm 处,测定样品吸光度的变化.2 结果与讨论211 差热-热重分析图2中T G 结果表明,PVA Zn (A c )2复合纤维加热到700℃时,PVA 和醋酸锌中的有机物部分及其它易挥发物质(H 2O 和CO 2等)被完全除去,剩余物质应为纯ZnO .D TA 曲线共有5个较大峰,在300℃之前有2个较大吸热峰(166℃和296℃),这是PVA 醋酸锌复合纤维残余的水分和醋酸锌失去结晶水以及醋酸锌和PVA 支链的分解峰,从T G 曲线上看出在这个分解过程中,质量减少45%;在333℃,419℃和480℃出现的3个较大的放热峰是PVA 主链的分解峰,从300℃到500℃的分解过程中,76 第1期 刘 艳等:静电纺丝法制备ZnO 纳米纤维及其光催化性能的研究质量减少25%,500℃以后质量基本没变化.结果表明,PVA 醋酸锌复合纤维煅烧到700℃时,剩下的物质是纯无机金属氧化物.212 红外光谱分析图3是PVA Zn (A c )2复合纤维煅烧前后的红外谱图.图3谱线a 中3410、2350、1680、1380、1120、1030、619c m -1处出现的吸收峰应归属于PVA Zn (A c )2复合纤维中O —H 、C —H 、C =O 及C —C 等键的振动.煅烧至700℃时,这些峰减弱或者消失(图3谱线b ),由于PVA 和醋酸锌的分解,在472c m -1处出现一个ZnO 的特征峰,表明PVA 醋酸锌复合纤维煅烧至700℃时,剩余物完全是纯ZnO 无机组分.图2 PVA Zn (Ac )2复合纤维TG -D TA曲线a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1700℃煅烧图3 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的红外谱图213 X 射线粉末衍射分析a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1400℃煅烧;c 1550℃煅烧;d 1700℃煅烧;e 1ZnO 标准谱图图4 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的XR D 谱图图4示出了PVA Zn (A c )2复合纤维在不同煅烧温度下的XRD 谱.从图4谱线a 可以看出PVA 醋酸锌前驱体纤维煅烧前,在2Η=20(°)处出现1个较宽的峰,是PVA Zn(A c )2复合纤维中PVA 的半晶态峰[9].当煅烧至400℃(图4谱线b )时,半晶态峰消失,同时在2Η=3112(°)处出现1个小峰,表明有少量ZnO 生成.当煅烧至550℃(图4谱线c )时,生成了六角纤锌矿结构的ZnO ;煅烧到700℃时ZnO的晶态峰增强,从图4谱线d 可以看出在2Η=3118、3415、3613、4716、5617、6219、6614、6811、6912(°)处衍射峰尖锐,各衍射峰的位置与JCPD S 标准卡N o 1891397的衍射峰位置(图4谱线e )一致,可以确定当产物煅烧到700℃时得到了纯ZnO 纳米纤维.214 纤维形态分析图5为PVA Zn (A c )2复合纤维及其在700℃下煅烧后的扫描电镜照片.从图5a 可以看到,PVA Zn (A c )2复合纤维表面光滑、直径较粗,在300～700nm 之间,在高温下煅烧时,由于PVA 和醋酸锌的分解,纤维逐渐变细、表面变得粗糙a 1PVA Zn (A c )2复合纤维;b 1700℃煅烧图5 PVA Zn (Ac )2复合纤维煅烧前后的SE M 照片(图5b ),但仍保持了纤维的形状,当煅烧至700℃时,ZnO 纳米纤维直径约为100nm .215 催化降解效果根据朗伯—比尔定律可知,溶液吸光度与浓度成正比,所以吸光度可以反映亚甲基蓝溶液浓度的变化,进一步可通过公式:脱色率=(A 0-A t ) A 0计算出亚甲基蓝溶液的脱色率(A 0为光催化反应前亚甲基蓝溶液的吸光度,A t 为光催化反应后亚甲基蓝溶液的吸光度).由图6可见,纳米ZnO 颗粒降解亚甲基蓝效果逊于ZnO 纳米纤维,86福建师范大学学报(自然科学版) 2008年 图6 亚甲基蓝脱色率与反应时间的关系用ZnO 纳米纤维60m in 后脱色率达99%,不加催化剂,光照同样时间后,染料颜色无明显变化.ZnO 纳米纤维良好的光催化性能,缘于其巨大的比表面积.研究表明[10],煅烧后的纳米纤维含有微小的、有缺陷的和无规则取向的孔隙,这些孔隙可从液体或气体中吸附有毒分子,在适当条件下进而氧化分解,最终脱色.纳米孔结构与高的比表面积是一致的.3 结论本文以水作为溶剂,聚乙烯醇作为络合剂与醋酸锌反应制得聚乙烯醇 醋酸锌前驱体,采用静电纺丝法制得聚乙烯醇 醋酸锌复合纤维,经煅烧后得到直径为100nm 的纯ZnO 无机纳米纤维.纳米ZnO 颗粒和ZnO 纳米纤维降解亚甲基蓝.紫外光照60m in 后,ZnO 纳米纤维降解的染料脱色率高达99%,纳米ZnO 颗粒降解的亚甲基蓝脱色率只有84%.参考文献:[1]韩冬,任湘菱,陈东,等.纳米ZnO 的制备及其光催化性能研究[J ].感光科学与光化学,2005,23(6):414-420.[2]L i Z ,Zhao Y X ,Zhou J Y .Characterizati on of ZnO 2based varisto rs p repared from nanom etre p recurso r pow ders[J ].A dv M ater Op t E lectron ,1999,9(5):205-209.[3]M inne S C ,M analis S R ,Q uate C F .Parallel atom ic fo rce m icro scopy using cantilevers w ith integrated p iezo resistive senso rs and integrated p iezoelectric actuato rs [J ].A pp lied Physics L etters ,1995,67(26):3918-3920.[4]Kong Y C ,Yu D P ,Zhang B ,et al .U ltravi o let 2em itting ZnO nanow ires synthesized by physical vapo r depo siti onapp roach [J ].A pp lied Physics L etters ,2001,73(4):407-409.[5]Xu C K ,Xu G D ,L iu Y K ,et al .A si m p le and 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