手性聚苯胺纳米纤维的电化学制备

采用恒电位电聚合法制备了樟脑磺酸(CSA)掺杂的旋光异构性聚苯胺(PANI)纳米纤维. 用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和圆二色光谱(CD)对PANI纳米纤维的形貌和光学性质进行表征, 结合电聚合溶液胶束平均粒径和ζ电位的测定, 研究了具有旋光异构性PANI纳米纤维的形成机理和具有增强旋光异构性的原因. 所制备的PANI纳米纤维具有无双螺旋结构, 其形貌不随着苯胺浓度的改变而变化. 不同手性樟脑磺酸掺杂制备的PANI纳米纤维具有镜像对称的旋光异构性, 且具有较高的椭圆偏振率. 这种手性PANI纳米纤维的颜色和旋光性均可通过化学掺杂/去掺杂或电化学掺杂改变氧化还原态而呈现可逆变化.     

药物和蛋白质与聚己内酯分层复合纳米纤维的微观结构与力学特性

应用同轴共纺技术制得芯质和表层为两种不同材料的分层复合纳米纤维.分别以乙酰螺旋酶素片剂和明胶蛋白质为芯质材料,以可生物降解的聚己内酯作为表层材料,研究了这种分层复合纳米纤维的微观结构与力学特性.结果表明,尽管药物与表层聚合物材料的溶解溶剂互不相同,但仍可以将药物包覆在壁厚小于100nm的超细纤维中.这种纤维可用作体内手术伤口缝合线或大面积创伤如烧伤伤口的敷布.在实验范围内,纤维膜的力学性能随芯质内溶质含量的提高而降低.     

偕胺肟化PAN纳米纤维膜除铬性能的研究

采用静电纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,再以盐酸羟胺为改性剂对PAN纳米纤维膜进行偕胺肟化处理成功制备出偕胺肟化纳米纤维膜(AOPAN).通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、水接触角等对其物理化学性质进行表征并研究其吸附重金属Cr(Ⅵ)的能力.结果表明,PAN纳米纤维在水浴温度60℃,水热时间3.5 h条件下进行改性后,纤维直径明显变粗,并且有一定程度的弯曲.由红外光谱(FTIR)分析发现改性后的PAN纳米纤维膜在3500~3300 cm~(-1)范围内出现了2个双峰,并且接触角由114.5°变为29.8°,说明成功地将PAN纳米纤维改性为含有—NH_2基团的AOPAN纳米纤维.该AOPAN纳米纤维膜对铬的吸附实验表明,在p H=2时,吸附约5 h后达到最佳除铬效果,吸附量可达102.5 mg/g,并且满足准一级动力学方程,符合Langmuir吸附模型.主要是由于制备的AOPAN含有—NH_2基团,在酸性条件下被质子化为—NH_3~+,更易与HCr O_4~-结合.而且这种膜材料在使用后便于取出,经稀Na OH溶液洗涤后,能够重复使用,循环4次后仍能保持50%以上的去除率,在处理重金属离子方面具有非常大的潜力.     

稳定射流电纺丝法制备定向排列的壳聚糖超细纤维

采用电驱动纺丝,以壳聚糖(CTS)为研究对象材料,通过引入超高分子量聚氧化乙烯(PEO)调节纺丝液的黏弹性,实现抑制电纺丝固有的射流不稳定弯曲摆动来得到单一的稳定射流,从而可以像传统工业上的干、湿法纺丝一样制备定向的超细CTS纤维(称为稳定射流电纺丝,SJES).系统地研究了SJES的工艺参数(如CTS/PEO质量比、纺丝电压、接收距离、凝固浴成分、辊筒转速等)对制备定向的超细壳聚糖纤维的影响,并通过SEM、FTIR、WAXD、纳米力学拉伸仪等研究了所制备纤维的形貌、结构与性能.结果表明,SJES法制备的CTS纤维直径在10μm以下,优化参数(如电压和辊筒转速)可使纤维直径细化到3μm左右.纤维单丝具有较高的力学性能,断裂强度和纤维模量可以分别达到(762±93)MPa和(11±6)GPa.稳定射流电纺丝方法制备的超细纤维与常规电纺丝法制备的纤维相比,具有较高的微晶取向度.     

耐超高温SiC(Al)纤维先驱体——聚铝碳硅烷纤维的研究

以聚硅碳硅烷(PSCS)与乙酰丙酮铝(Al(AcAc)3)为原料,在常压高温条件下反应制备出聚铝碳硅烷(PACS),经过熔融纺丝制备了PACS纤维.应用GPC、IR、XPS、29Si-NMR、27Al-NMR、TG、SEM、元素分析和增重等一系列分析,分别对PACS纤维的微观组成、结构以及性能进行了分析.研究结果表明,以原料质量配比为6∶100(Al(AcAc)3∶PSCS)合成的PACS化学式为SiC2.0H7.5O0.13Al0.018,数均分子量为1700左右,最适宜制备PACS纤维;PACS纤维中主要存在SiC4、SiC3H等结构,同时存在Si—O—Al键;在氮气气氛中,PACS纤维的陶瓷产率达到52%左右;预氧化处理,PACS纤维中Si—H键与空气中的氧反应形成Si—O—Si交联结构,较聚碳硅烷(PCS)纤维易于氧化,经过预氧化的PACS纤维陶瓷产率达到80%左右,是制备耐超高温SiC(Al)陶瓷纤维的合适纤维;用预氧化PACS纤维制备的SiC(OAl)纤维和SiC(Al)纤维抗拉强度高,耐高温性能好.     

纳米纤维制备工艺进展及其对壳聚糖的适用性分析

壳聚糖是一种性质独特、可生物降解及生物相容的海洋多糖,以其为原料制备的纳米纤维目前已经得到了广泛应用.传统的壳聚糖纳米纤维/纳米复合纤维制备方法主要采用湿法纺丝与静电纺丝,但是这些方法通常需要复杂的过程和挥发性有机溶剂的参与,安全性较低.为了探寻更简单、更安全的壳聚糖纳米纤维制备方法,本文综述了6种最新颖的纳米纤维制备过程,这些过程被分为"由小到大捆绑"与"从大到小粉碎"两大类."由小到大捆绑"包含各种纺丝(例如离心甩丝法、手纺法、溶液吹喷法)和两种冷冻铸造(直接冷冻干燥法和射流急速冷冻法),而"从大到小粉碎"则以星爆系统法为例.我们从纤维直径、纤维取向与对壳聚糖的适用性的角度对比讨论了它们各自的优缺点并融合了每种方法给予的灵感,提出了一种全新的"超声喷雾结合冷冻铸造"的壳聚糖纳米纤维制备理念.超声喷雾与冷冻铸造相结合的方法彻底摆脱了挥发溶剂的使用.以这种安全性较高的新方法制备出的壳聚糖纳米纤维在生物医学工程与食品科学工程领域具有广阔的应用潜能.     

PAEA纳米纤维膜的制备及除铬性能研究

采用静电纺丝法制备聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜,再以乙二胺为改性剂对PAN纳米纤维膜进行化学处理,制备出具有氨基的改性PAN纳米纤维膜(PAEA).通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、水接触角等对其物理化学性质进行表征并研究其对重金属离子Cr(VI)的吸附能力.结果表明:PAN在水浴温度95°C,水热时间2 h条件下改性后,纤维直径明显变粗且有一定的弯曲.由FTIR分析发现改性后的PAN在3050～3300 cm-1范围内出现了特征峰,并且水接触角减小为44.7°,说明成功地将PAN纳米纤维膜改性为含有亲水性―NH2基团的PAEA纳米纤维膜.除铬实验表明:在pH=2时,吸附约10 h后达到最佳除铬效果,吸附量可达175.94 mg/g.这种膜材料在使用后经稀NaOH溶液洗涤后,能够重复使用,循环4次后仍能保持70%左右的去除率,在处理重金属离子方面具有非常大的潜力.     

静电纺丝法制备铁酸锌中空纤维及其磁学性能

以锌盐、铁盐和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,通过静电纺丝法先制备PVP/硝酸盐复合纤维,这些复合纤维以5℃·min-1的升温速率加热到500℃并保温3h,最终得到铁酸锌(ZnFe2O4)中空纤维.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及振动样品磁强计(VSM)等分析手段对中空纤维的晶体结构、形貌和磁学性能进行了研究.结果显示,ZnFe2O4中空纤维属于尖晶石结构,高温处理后仍能保持一维结构,纤维直径在200-400nm之间,纤维壁由大小为25nm的颗粒堆积而成.室温磁化结果显示制备的ZnFe2O4中空纤维具有超顺磁性,在10kOe的磁化强度为2.03emu·g-1.     

多组分高分子复合物纤维的制备与性能调控

多组分是实现纤维性能提升和调控的有效手段.利用传统方法制备的多组分纤维,不同高分子之间很难达到分子层面相容.高分子复合物是不同高分子高度相容的聚集组装体系.本工作研究聚氧化乙烯(PEO)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA) 3种组分制备复合物纤维.利用红外光谱、X射线衍射、示差扫描量热、扫描电子显微镜和力学拉伸等方法分别表征氢键复合、纤维的聚集态结构和力学性质.研究结果表明,PEO/PVA/PAA纤维不同组分高度相容,通过改变纤维中组分的含量,可以实现对多组分复合物纤维的性能调控.纤维中柔性PEO组分含量增加,可以实现由塑性到弹性的转变,并且纤维在湿度场下表现出形状记忆与可修复行为.     

静电纺丝制备自修复功能纤维及其自愈合性能表征

应用静电纺丝技术,以聚苯乙烯和愈合剂的共混溶液为纺丝液,制备了含有愈合剂的功能纤维,并以其制备了具有自修复性能的纤维/树脂复合材料.通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、荧光显微镜等对纤维的形貌和结构进行了表征,探讨了纺丝溶液的组成对纤维形貌和结构的影响.纤维中愈合剂的含量随纺丝液中愈合剂浓度的增加而增大,但可纺性随之变差.通过SEM观察了所制备的复合材料表面预制裂纹的修复,在一定温度下裂纹处纤维中的愈合剂(分别为环氧和其固化剂)释放并进一步反应,经过愈合复合材料的拉伸强度提高了2.81 MPa,力学性能明显改善.     

静电纺丝法制备聚丙烯腈/聚苯胺复合纳米纤维及其表征

利用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)和苯胺(ANI)为前驱物,用过硫酸胺(APS)溶液在低温下缓慢氧化聚合,制备了PAN/PANI复合纳米纤维,直径约500 nm.通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和激光拉曼(RAMAN)光谱仪等测试手段对材料的形貌和结构进行了表征.探讨了材料制备过程中影响纤维形貌、尺寸、均匀度的因素和PANI含量对复合纤维导电性能的影响,结果表明,PAN浓度、ANI的加入量和电压是影响纤维特性的主要因素;PANI在PAN基体中呈纳米尺寸分布,复合纳米纤维具有良好的导电性能,导电率可达10-2S/cm.     

Palladium nanoparticles stabilized by chitosan/PAAS nanofibers: A highly stable catalyst for Heck reaction

Palladium chloride doped chitosan composite nanofibers were prepared by electrospinning with sodium polyacrylate (PAAS) as the co-spinning agent. The composite nanofibers are subsequently treated at elevated temperature to improve their solvent resistance. The Pd (II) cations inside the composite nanofibers were reduced into uniform palladium nanoparticles (Pd NPs) with mean diameter of ~4.93 nm. These Pd NPs inside the chitosan composite nanofibers exhibited excellent catalytic activity for Heck reactions of aromatic iodides with alkenes with yields over 85%. Moreover, due to the fibrous structure, this novel fibrous palladium catalyst could be readily recovered by simple filtration and reused for 18 times without loss of initial catalytic activity. It was found that the reactants could readily diffuse from the reaction solution to the active Pd NPs inside the nanofibers and the products could departure from composite fibers into the reaction solution, while the Pd NPs were tightly restricted inside the chitosan composite nanofibers.     

Fe-Ni/C复合纳米纤维的原位制备与微波吸收性能

采用静电纺丝技术结合稳定化和碳化处理原位制备了Fe-Ni/C复合纳米纤维, 其平均直径约为215 nm, 所生成的Fe-Ni合金纳米颗粒较均匀地分布在碳基纳米纤维的内部和表面, 且被石墨化碳层所包覆. 以Fe-Ni/C复合纳米纤维为吸收剂、 硅橡胶为基质制备成吸波涂层, 研究了碳化温度对电磁特性和微波吸收性能的影响. 结果表明, 涂层厚度为1.2~2.0 mm、 Fe-Ni/C复合纳米纤维质量分数为5%的吸波涂层表现出优良的微波吸收性能, 在7.4~18 GHz频率范围内的反射损耗均低于-20 dB; 随着复合纳米纤维的碳化温度由800 ℃升高到1200 ℃, 由于阻抗匹配特性的改善, 吸波涂层的微波吸收能力逐步加强, 其最小反射损耗由-22.6 dB降低到-63.0 dB.     

Double‐layered composite nanofibers and their mechanical performance

Continuous polymer nanofibers are available through electrospinning, but most have the same structure in their cross section. This article focuses on the fabrication and the structural and mechanical characterization of pencil‐like double‐layered composite nanofibers coaxially electrospun from solutions of two different biodegradable materials, i.e., gelatin and poly(ε‐caprolactone) (PCL). Transmission electron microscopy and water contact angle measurements confirmed that a gelatin inner fiber was wrapped with a PCL outer layer. Possible applications of such nanofibers include a controlled degradation rate when used as a medical device in human body. It has been found that the tensile performance of the composite nanofibers was better than those of both the pure constituent, i.e. gelatin and PCL, nanofibers alone. The ultimate strength and ultimate strain of the composite nanofibers with 7.5% w/v gelatin in the core and 10% w/v PCL as shell were at least 68% and 244% higher, respectively, than those of the same concentration pure gelatin and PCL nanofibers. Thus, a coaxial electrospinning technique as used in this article can be applicable, not only in developing functionalized nanofibers but also in elevating their mechanical property. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 43: 2852–2861, 2005     

静电纺丝技术制备Y_2O_3∶Yb~(3+),Er~(3+)上转换纳米纤维及其表征

采用静电纺丝技术制备了PVA/[Y(NO3)3+Yb(NO3)3+Er(NO3)3]复合纳米纤维,将其在适当的温度下进行热处理,得到Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.XRD分析表明,复合纳米纤维为无定形,Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维属于体心立方晶系,空间群为Ia3.SEM分析表明,复合纳米纤维的平均直径约为150nm;随着焙烧温度的升高,纤维直径逐渐减小.经过600℃焙烧后,获得了直径约60nm的Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.TG-DTA分析表明,当焙烧温度高于600℃时,复合纳米纤维中水分、有机物和硝酸盐分解挥发完毕,样品不再失重,总失重率为83%.FTIR分析表明,复合纳米纤维与纯PVA的红外光谱一致,当焙烧温度高于600℃时,生成了Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维.该纤维在980nm的半导体激光器激发下发射出中心波长为521,562nm的绿色和656nm的红色上转换荧光,分别对应于Er3+离子的2H11/2/4S3/2→4Il5/2跃迁和4F9/2→4Il5/2跃迁.对Y2O3∶Yb3+,Er3+上转换纳米纤维的形成机理进行了讨论.     

静电纺丝技术制备Tb（BA）3phen/PANI/PVP光电双功能复合纳米纤维

采用静电纺丝技术将聚苯胺(PANI)和稀土配合物[Tb(BA)3phen]掺杂到高分子材料(PVP)中,制备出一类新型的具有光电双功能的Tb(BA)3phen/PANI/PVP复合纳米纤维.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量色散谱仪(EDS)、荧光光谱仪及宽频介电松弛谱仪对样品进行了表征.结果表明,复合纳米纤维直径为(331±43)nm.在276 nm紫外光激发下,Tb(BA)3phen/PANI/PVP复合纳米纤维发射出主峰位于491,547和585 nm的绿光,对应Tb3+的5D4→7F6,5D4→7F5和5D4→7F4跃迁.当Tb(BA)3phen∶PANI∶PVP的质量比为15∶10∶100时,复合纳米纤维的荧光发射最强,其电导率随PANI含量的增大而升高,在PANI∶PVP为50%(wt%)时,其电导率在高频(106Hz)下达1.531×10-6S/cm.     

YF3:Eu3+纳米纤维/高分子复合纳米纤维的制备与表征

采用静电纺丝技术制备了Y2O3:Eu3+纳米纤维,使用NH4HF2为氟化剂,经双坩埚法氟化和脱氨后得到YF3:Eu3+纳米纤维,再采用静电纺丝技术制备了YF3:Eu3+纳米纤维/PVP复合纳米纤维. XRD分析表明,立方相的Y2O3:Eu3+氟化后,得到了正交相的YF3:Eu3+纳米纤维,空间群为Pnma;YF3:Eu3+纳米纤维/PVP复合纳米纤维具有明显的YF3:Eu3+的衍射峰. SEM分析表明,YF3:Eu3+纳米纤维与YF3:Eu3+纳米纤维/PVP复合纳米纤维的直径分别为91±11 nm、319±43 nm,表面光滑. 用Shapiro-Wilk方法检验,纤维直径属于正态分布. 荧光光谱分析表明,YF3:Eu3+纳米纤维和YF3:Eu3+纳米纤维/PVP复合纳米纤维的最强发射峰均位于588 nm和595 nm,属于Eu3+的5D0→7F1跃迁,表明Eu3+占据YF3基质中Y3+晶格点的C2对称格位. PVP对YF3:Eu3+发光峰位没有影响,但发光强度降低;YF3:Eu3+的含量与YF3:Eu3+纳米纤维/PVP复合纳米纤维的发光强度成线性关系.     

静电纺纳米纤维基超级电容器无粘合剂电极材料的研究进展

对高性能超级电容器不断增长的需求促进了无粘合剂电极材料的快速发展。静电纺纳米纤维由于具有良好的柔性、大比表面积、高孔隙率、容易制备等优点引起了研究者们的强烈关注。本文综述了静电纺纳米纤维基无粘合剂电极材料在超级电容器领域的研究进展,阐述了不同材料的设计制备过程和提升电化学性能的诸多方法,并指明了静电纺纳米纤维基超级电容器无粘合剂电极材料的发展机遇与挑战,为性能优异的无粘合剂超级电容器电极材料的进一步开发与应用拓宽了思路。     

p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维的制备及气敏特性

以电纺In_2O_3纳米纤维为模版,通过溶剂热法构建了p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对所得材料的形貌和结构进行表征.结果表明,CuO纳米颗粒可以均匀地负载在超细In_2O_3纳米纤维表面;随着反应液中乙酸铜浓度的增加,负载的CuO纳米颗粒密度也逐渐增加.通过制备旁热式气敏器件对复合纳米纤维材料的气敏特性进行了研究.结果表明,与纯In_2O_3纳米纤维相比,p-CuO/n-In_2O_3异质结纳米纤维对H_2S气体具有较高的灵敏度和较低的工作温度.