聚丙烯腈PAN纳米纤维的制备方法

聚丙烯腈纳米纤维的制备
一、背景
PAN大分子的的结构式如图所示，和一般的高聚物的分子一样，PAN的分子具有链状结构，由于其大分子链上有强极性和体积较大的氰基，使其分子间形成强的作用力。

聚丙烯腈纳米纤维的应用领域非常广泛，主要应用于超级电容器、能源和催化等领域。

Changhua Wang等以聚丙烯腈(PAN)为静电纺丝载体，以硝酸铋为前驱体，通过静电纺丝以及后烧结的方法制备了三氧化二铋的纳米纤维[1]。

Dongfeng Shao等以PAN为载体，醋酸锌为前驱体，结合静电纺丝、溶胶凝胶法制备了表面涂覆氧化锌涂层的碳纳米纤维，该方法可以改善纤维的多种物理化学性能[2]。

Liu等在利用动态水浴法收集了一定量平行电纺PAN 纤维后，对纤维进行了沸水牵伸，而牵伸后的电纺PAN纤维无论是结晶度还是取向度都有大幅度增长，其研究更加说明了电纺PAN在制备高性能纳米碳纤维方面的巨大潜能。

路静通过严格控制PAN电纺过程的各项参数，使电纺纤维在沉积时发生自组装，形成了蜂窝状多孔纳米纤维无纺膜，并将该膜进行热处理后应用于超级电容器电极[4]。

二、纳米纤维的制备
2.1仪器和试剂
仪器：静电纺丝装置(SS-2535)；磁力搅拌器；电子天平；扫描电镜。

试剂：聚丙烯腈粉末(PAN1015)；DMF（市售，分析纯）；
2.2聚丙烯腈纳米纤维膜的制备
使用静电纺丝装置制备纳米纤维膜。

按照一定质量比，将PAN粉料与DMF混合放置在烧瓶中，密封后置于75℃恒温水浴中机械搅拌24h，直至获得透明均一溶液。

使用静电纺丝机进行PAN纤维的制备，正极电压可调节范围为16～20kV，PAN溶液用注射器装盛，针头接电源正极。

将带有PAN／DMF溶液的注射器固定在推注上，设定好接收距离。

接收器为一长35cm，直径10cm的不锈钢滚动圆筒，接电源负极，负电压为2kV。

打开电源，按照实验计划设置实验进行静电纺丝实验。

三、结构表征
扫描电子显微镜广泛应用于对静电纺纤维表面形貌的观察。

在实际的应用中能够有效地
PAN分子结构
反映具有不同表面形貌的静电纺纤维，包括光滑表面、珠串结构、带状结构和粗糙表面等。

扫描电子显微镜的试样制备可分为两种：对于导电性良好的试样，可以直接用于电镜观察且能够保持其原始形貌；对于不导电或导电性差的试样，则需要对试样表面进行喷金或喷碳处理后才能够用于电镜观察。

在具体实验中，当要对试样进行高放大倍数和高分辨率观察时，需要喷金或碳厚度在10nm，而一般情况下厚度在10~30nm范围为宜。

扫描电镜观察PAN纳米纤维形貌(见Fig1)，纤维表面光滑，直径细且形态分布均匀。

Fig.1PAN纳米纤维的SEM照片
参考文献
[1]Wang C H,Shao C L,Wang L J,Zhang L N,Li X H,Liu YC.J of Colloid and
Interface Science,2009,333:242-248．
[2]Shao DF,Wei QF,Zhang LW,Cai YB,Jiang SD.Applied surface science,2008,
254:6543-6546.
[3]J.Liu,L.He,S.Ma,J.Liang,Y.Zhao,H.Fong.Polymer,2015,61:20-28.
[4]路静.蜂窝状多孔纳米碳纤维膜的电纺制备及其超级电容器应用[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010．
来源：永康乐业。