一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法
阅读：162发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 纳米材料 制备技术领域，特别涉及一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合 纤维 的制备方法，本发明的目的是提供一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法，包括配制纺丝液的步骤、制备[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合 纳米纤维 的步骤和制备ZnO/Ag复合纳米纤维的步骤。该方法工艺简单、成本低，提高了纳米颗粒在 聚合物 溶液中分散性和所得纤维的均匀性，并应用于气敏 传感器 。，下面是一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法专利的具体信息内容。
1.一种ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）配制纺丝液
纺丝液中锌源使用的是锌盐，为 [Zn(NO3)2·6H2O]；银源使用的是硝酸银[AgNO3]；高分子模板剂采用聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物；溶剂采用无水乙醇和去离子水；
称取聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮溶于无水乙醇中，再与经超声溶解的六水硝酸锌和硝酸银的混合水溶液混合，于室温下磁力搅拌4~10 h，并静置2~6 h，即形成纺丝液；该纺丝液各组成部分的质量比为：[Zn(NO3)2·6H2O+ AgNO3]/[PEG+PVP]/无水乙醇/去离子水=4:3:30:10，其中PEG与PVP的质量比为2:1， AgNO3与Zn(NO3)2·6H2O的物质的量比为
0.05：1和0.1：1；
（2）制备[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维
采用静电纺丝技术，技术参数为：直流电压为：15~20kV；注射器针头喷嘴口径为：
0.6mm；喷嘴到接受屏的固化距离为：13~15cm；室内温度为：15~20℃；相对湿度为：
45%~60%；
（3）制备ZnO/Ag纳米颗粒复合纳米纤维
将所获得的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维进行热处理，技术参数为：升温速率为1~2℃/min，在500~800℃温度范围内保温2~5h，以1℃/min的降温速率降温到
200℃时自然降至室温，至此得到ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料。
一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法
技术领域
背景技术
[0002] 近年来，随着光电技术的发展，器件小型化和薄膜化成为一种趋势，纳米材料以及纳米颗粒复合材料在光电子领域所的应用受到科学界的广泛重视；制备含有无机纳米微粒的聚合物纳米纤维尤是备受关注，因为这种纳米复合物结合了无机纳米微粒的独特性能（如表面原子与内部原子的高比率和量子尺寸作用等）和聚合物纳米纤维的优异性能（如非常高的比表面积和在其他材料中高度贯穿能力等），如聚乙烯醇（PVA）/ZnO，PEO/ZnO，PVA/CdTe，PVA/CdSe等。
[0003] ZnO是一种直接带隙的宽禁带半导体材料，它被广泛应用于电子、传感器、介质材料、紫外屏蔽材料、真空荧光显示器等诸多领域；Ag纳米粒子由于其特殊的电子结构和巨大的比表面积使得它在化学反应的催化、表面增强拉曼散射、传感、生物标记、抗菌等方面有着重要的应用。
[0004] 静电纺丝技术是非牛顿流体的高聚物溶液在高压电场下克服表面张力和粘弹性力，进行拉伸弯曲运动获得纳米到亚微米级纤维的技术；该技术具有设备简单，生产成本低，使用材料广泛及比表面积大等优点；目前，国内外已有利用同轴静电纺丝装置制备金属氧化物的报道，但同轴静电纺装置较为复杂，溶剂的选择和纺丝参数的设置都存在难度，而单轴静电纺则克服了以上不足。
[0005] ZnO/Ag复合纳米材料可以用做光学性质研究、气体传感器材料、抗菌性能研究等；目前报道的ZnO/Ag复合纳米材料都是薄膜或纳米颗粒，制备方法包括：(1)ZnO纳米晶表面+
还原Ag的方法（制备出ZnO/Ag复合纳米颗粒）【徐丽红等，物理实验，2011，31(10)】；(2)一步水热法（以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，依次将醋酸锌和硝酸银的乙二醇溶液缓慢滴加至乙二醇中，高温回流一定时间后即得到纳米银粒子包覆的氧化锌复合颗粒【张国庆等，材料导报，2010，24】；(3)溶剂热法（利用乙醇、硝酸银和乙酸锌发生反应制备出ZnO表面沉积Ag纳米颗粒）【陈双等，化学世界，2011，52(1)】；(4)高分子凝胶法（制备了ZnO/Ag复合纳米颗粒）【邵忠宝等，材料研究学报，2005，190(01)：59-63】；(5)光还原沉积法（制备了ZnO/Ag复合纳米颗粒）【井立强等，催化学报，2002，23(4)：336-340】；(6)化学沉积法（制备了Ag颗粒沉积在ZnO微球体上，并对其气敏性能进行了研究）【Guoxing Zhu等，The Royal Society of Chemistry 2011】。
还原Ag的方法（制备出ZnO/Ag复合纳米颗粒）【徐丽红等，物理实验，2011，31(10)】；(2)一步水热法（以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，依次将醋酸锌和硝酸银的乙二醇溶液缓慢滴加至乙二醇中，高温回流一定时间后即得到纳米银粒子包覆的氧化锌复合颗粒【张国庆等，材料导报，2010，24】；(3)溶剂热法（利用乙醇、硝酸银和乙酸锌发生反应制备出ZnO表面沉积Ag纳米颗粒）【陈双等，化学世界，2011，52(1)】；(4)高分子凝胶法（制备了ZnO/Ag复合纳米颗粒）【邵忠宝等，材料研究学报，2005，190(01)：59-63】；(5)光还原沉积法（制备了ZnO/Ag复合纳米颗粒）【井立强等，催化学报，2002，23(4)：336-340】；(6)化学沉积法（制备了Ag颗粒沉积在ZnO微球体上，并对其气敏性能进行了研究）【Guoxing Zhu等，The Royal Society of Chemistry 2011】。
发明内容
[0006] 在背景技术中的制备ZnO/Ag复合纳米材料，采用了高分子凝胶法、化学沉积法、溶剂热法、一步水热法等，本发明的目的是提供一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法，该方法工艺简单、成本低，提高了纳米颗粒在聚合物溶液中分散性和所得纤维的均匀性，并应用于气敏传感器。
[0007] 本发明的一种聚乙二醇/ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维材料的制备方法，包括：
[0008] 一、配制纺丝液
[0009] 纺丝液中锌源使用的是锌盐，为[Zn(NO3)2·6H2O]；银源使用的是硝酸银[AgNO3]；高分子模板剂采用聚乙二醇(PEG)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的混合物；溶剂采用无水乙醇和去离子水。
[0010] 称取一定量的聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮溶于无水乙醇中，再与经超声溶解的六水硝酸锌和硝酸银的混合水溶液混合，于室温下磁力搅拌4~10 h，并静置2~6 h，即形成纺丝液；该纺丝液各组成部分的质量比为：[Zn(NO3)2·6H2O+ AgNO3]/[PEG+PVP]/无水乙醇/去离子水=4:3:30:10，其中PEG与PVP的质量比为2:1， AgNO3与Zn(NO3)2·6H2O的物质的量比为0~0.1：1。
[0011] 二、制备[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维
[0012] 采用静电纺丝技术，技术参数为：直流电压为：15~20kV；注射器针头喷嘴口径o为：0.6mm；喷嘴到接受屏的固化距离为：13~15cm；室内温度为：15~20C；相对湿度为：
45%~60%。
45%~60%。
[0013] 三、制备ZnO/Ag复合纳米纤维
[0014] 将所获得的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维进行热处理，技术参数为：o o o
升温速率为1~2C/min，在500~800C温度范围内保温2~5h，以1C/min的降温速率降温到o
200C时自然降至室温，至此得到ZnO/Ag复合纳米纤维。
升温速率为1~2C/min，在500~800C温度范围内保温2~5h，以1C/min的降温速率降温到o
200C时自然降至室温，至此得到ZnO/Ag复合纳米纤维。
[0015] 四、气敏性能测试
[0016] 将制得的纳米复合纤维进行研磨，然后加少量去离子水调成糊状，均匀涂附在氧o化铝陶瓷管上；将陶瓷管置于600C马弗炉烧结1h，制成管芯，焊接，组装成型，老化，最后o
在200C进行气体气敏性能测试。
在200C进行气体气敏性能测试。
[0017] 在上述过程中所制备的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维表面比较光滑平整，所制备的ZnO/Ag复合纳米纤维由纳米粒子构成。
[0018] 本发明通过对所制备的ZnO/Ag纳米颗粒表面的包覆，使其在拟纺丝的聚合物中有很好的稳定分散性，主要选择与拟纺丝聚合物分子量低的表面活性剂对制备的纳米颗粒直接包覆，本发明中选择分子量小的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，同时也减轻颗粒直接的团聚问题；通过静电纺获得的纤维直径均匀，直径也更为细小。
[0019] 相比其他制备方法，本发明具有以下优点：
[0020] （1）本发明工艺简单、成本低，提高了ZnO/Ag纳米颗粒在聚合物溶液中分散性和所得纤维的均匀性。
[0021] （2）在掺杂方面，该制备方法更容易进行掺杂，从一定程度上解决了掺杂难的问题。
[0023] 图1为本发明实例一中ZnO纤维的XRD图，从图中可看出ZnO纳米颗粒结晶良好；
[0024] 图2为本发明实例二中ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维扫描电镜图，从图中可看出复合纤维表面比较光滑；
[0025] 图3为本发明实例二中ZnO/Ag纳米颗粒复合纤维XRD图，从图中可以看到Ag的衍射峰；
[0026] 图4为本发明实例一、二和实例三中制备的ZnO、ZnO/Ag(5 at%)和ZnO/Ag(10 at%)复合纤维的气敏性能测试图，从图中可以明显看出掺杂Ag后的ZnO纤维气敏特性有明显提高，且ZnO/Ag (10 at%)复合纤维的气敏特性高于ZnO/Ag(5 at%)的气敏性能。
具体实施方式
[0027] 以下结合实例进一步说明本发明的内容。
[0028] 实例一：Ag含量为0atom %的纳米颗粒复合纤维
[0029] 将4g Zn(NO3)2·6H2O和1gPVP分别加入10ml去离子水和10ml无水乙醇搅拌均匀，然后混合搅拌30min，将2gPEG加入20ml无水乙醇搅拌，加入上述混合溶液，于室温下磁力搅拌6h后静置4h，即可得到均一、透明且有一定粘度的[PEG+PVP]/Zn(NO3)2纺丝液；该纺丝液的各组成部分的重量配比为：Zn(NO3)2·6H2O/[PEG+PVP]/无水乙醇/去离子水=4:3:30:10；将配置好的纺丝溶液加入纺丝装置的现有静电纺丝装置中，进行静电纺丝，喷嘴口径为0.6mm，工作电压为15kV；注射器针头喷嘴到接受屏的固化距离为13cm；室内温度o
为15C，相对湿度为45%，得到[PEG+PVP]/Zn(NO3)2复合纳米纤维；将所制备的[PEG+PVP]/o o
Zn(NO3)2复合纳米纤维放到程序控温炉中进行热处理，升温速率为1 C/min，在520C恒温o o
2h，降温速率为1C/min，降温到200C时自然降至室温，即得到ZnO纳米纤维。
为15C，相对湿度为45%，得到[PEG+PVP]/Zn(NO3)2复合纳米纤维；将所制备的[PEG+PVP]/o o
Zn(NO3)2复合纳米纤维放到程序控温炉中进行热处理，升温速率为1 C/min，在520C恒温o o
2h，降温速率为1C/min，降温到200C时自然降至室温，即得到ZnO纳米纤维。
[0030] 将制得的纳米复合纤维进行研磨，然后加少量去离子水调成糊状，均匀涂附在氧o化铝陶瓷管上，将陶瓷管置于600C马弗炉烧结1h，制成管芯，焊接，组装成型，老化，最后在o
200C进行气体气敏性能测试。
200C进行气体气敏性能测试。
[0031] 实例二：Ag含量为5atom %的纳米颗粒复合纤维
[0032] 将3.886g Zn(NO3)2·6H2O和0.114g AgNO3混合，加入10ml去离子水搅拌均匀，将1gPVP和2gPEG分别用10ml的无水乙醇和20ml的无水乙醇溶解，然后将上述的溶液混合，于室温下磁力搅拌6h后静置4h，即可得到均一、灰色且有一定粘度的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]纺丝液；该纺丝液的各组成部分的重量配比为：[Zn(NO3)2·6H2O+ AgNO3]/[PEG+PVP)/无水乙醇/去离子水=4:3:30:10，其中AgNO3与Zn(NO3)2·6H2O的物质的量比为0.05：1；将配置好的纺丝溶液加入纺丝装置的现有静电纺丝装置中，进行静电纺丝，喷嘴口径为0.6mm，工作电压为15kV；注射器针头喷嘴到接受屏的固化距离为13cm；室内温度o为15C，相对湿度为45%，得到[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维，图2为复合纤维的扫描电镜图，从图中可以看出复合纤维表面比较光滑。
[0033] 将所制备的[PEG+PVP]/ [Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维放到程序控温炉中进行o o o o热处理，升温速率为1C/min，在520C恒温2h，降温速率为1C/min，降温到200C时自然降至室温，即得到ZnO/Ag颗粒纳米纤维。
[0034] 图3为ZnO/Ag复合的XRD图，从图中可以看出在ZnO/Ag复合纤维，ZnO结构未改变，曲线中出现了2个银颗粒的衍射峰，它们分别对应的是Ag(111)和(200)晶面。
[0035] 将制得的ZnO/Ag颗粒纳米复合纤维进行研磨，然后加少量去离子水调成糊状，均o匀涂附在氧化铝陶瓷管上。将陶瓷管置于600C马弗炉烧结1h，制成管芯，焊接，组装成型，o
老化，最后在200C进行气体气敏性能测试。
老化，最后在200C进行气体气敏性能测试。
[0036] 实例三：Ag含量为10atom %的纳米颗粒复合纤维
[0037] 将3.772g Zn(NO3)2·6H2O和0.228g AgNO3混合，加入10ml去离子水搅拌均匀，将1gPVP和2gPEG分别用10ml的无水乙醇和20ml的无水乙醇溶解，然后将上述的溶液混合，于室温下磁力搅拌6h后静置4h，即可得到均一、灰色且有一定粘度的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]纺丝液；该纺丝液的各组成部分的重量配比为：[Zn(NO3)2·6H2O+ AgNO3]/[PEG+PVP]/无水乙醇/去离子水=4:3:30:10，其中AgNO3与Zn(NO3)2·6H2O的物质的量比为0.1：1；将配置好的纺丝溶液加入纺丝装置的现有静电纺丝装置中，进行静电纺丝，喷嘴口径为0.6mm，工作电压为15kV；注射器针头喷嘴到接受屏的固化距离为13cm；室内温度为o15C，相对湿度为45%，得到[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维。
[0038] 将所制备的[PEG+PVP]/[Zn(NO3)2+AgNO3]复合纳米纤维放到程序控温炉中进行热o o o o处理，升温速率为1C/min，在520C恒温2h，降温速率为1C/min，降温到200C时自然降至室温，即得到ZnO/Ag颗粒纳米纤维。
[0039] 将制得的ZnO/Ag颗粒纳米复合纤维进行研磨，然后加少量去离子水调成糊状，均o匀涂附在氧化铝陶瓷管上，将陶瓷管置于600C马弗炉烧结1h，制成管芯，焊接，组装成型，o
老化，最后在200C进行气体气敏性能测试。
老化，最后在200C进行气体气敏性能测试。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于体内细菌感染的诊疗一体化纳米探针及其制备方法 | 2020-05-13 | 106 |
| 用于体内细菌感染的诊疗一体化纳米探针及其制备方法 | 2020-05-13 | 203 |
| 一种聚乙二醇-叶酸修饰的氨基化锂皂石纳米颗粒及其制备和应用 | 2020-05-12 | 696 |
| 一种减弱金属纳米颗粒氧化的方法 | 2020-05-14 | 84 |
| 壳聚糖及聚乙二醇纳米颗粒作为生物活性分子的给药体系 | 2020-05-12 | 369 |
| 一种聚乙二醇-聚乙烯亚胺修饰氧化铁纳米颗粒的制备方法 | 2020-05-11 | 987 |
| 用于血池和肿瘤CT造影的聚乙二醇化树状大分子/金纳米颗粒的制备方法 | 2020-05-12 | 421 |
| 一种交联纳米复合聚合物电解质的合成方法及锂离子电池 | 2020-05-14 | 696 |
| 用于血池和肿瘤CT造影的聚乙二醇化树状大分子/金纳米颗粒的制备方法 | 2020-05-12 | 23 |
| 链末端官能化的甲氧基聚乙二醇及其金属纳米颗粒 | 2020-05-11 | 909 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈