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通过静电纺丝使纳米粒子和纳米纤维结合的几

来源:热处理 时间:2024/9/13
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由于量子尺寸效应,纳米颗粒具有展现新性质的潜力。然而,在大多数实际应用中纳米粒子通常需要载体。虽然纳米纤维与纳米粒子相比具有较小的表面积,但能够作为支架来支持它们并防止其聚集。纳米纤维和纳米粒子的结合可以使纳米粒子的有效功能输出最大化。将纳米粒子和纳米纤维结合有几种方式,纳米粒子包覆在纳米纤维基质中或粘附在其表面上。

混纺

混合是纳米粒子与纳米纤维结合最直接的方法之一。在这种方法中,纳米颗粒混入溶液中进行静电纺丝。通常进行超声处理使颗粒更好地分散到溶液中,表面活性剂也可以达到相同的目的。虽然不知道静电纺丝对纳米颗粒的活性有什么有害影响,但是,由于纳米颗粒被封装在纤维基质中,其活性可能会降低。Zohoori等人()通过溶液共混将纳米粒子(TiO2,SrTiO3和ZnO)负载到电纺聚酰胺66纳米纤维中构建自清洁材料。电纺丝纤维在尼龙织物的表面上热定型,使得电纺复合纤维上的任何污点都可以光催化降解。当用直接绿6在UV照射下染色时,层状织物显示出自洁性。织物在重复洗涤后能够保持光活性。其他纳米粒子如CuO[Haider等]和MgO[Dhineshbabu等]也已被添加到静电纺丝溶液中以达到抗菌效果。

纳米粒子粘附在纳米纤维表面上

核-壳纤维

核-壳纤维形态允许纳米粒子的定向分布,更靠近表面或者在核心处。这种纤维结构可以使用同轴喷丝头制备,其中材料的分布由外部出口或芯部出口处的进料溶液挤出决定。Bedford等()使用同轴静电纺丝法构建了自清洁纺织纤维。在他们的设置中,纤维的核由醋酸纤维素制成,鞘由TiO2纳米颗粒制成。表面具有TiO2纳米粒子的核-壳纤维能够在7-8小时内完全降解蓝色染料污渍。

前驱体的减少

可以将无机盐添加到溶液中并静电纺丝以形成纤维,而不是将纳米粒子添加到静电纺丝溶液中。由于无机盐可能溶解在溶液中,分散更均匀,通过还原将盐转化成纳米颗粒。硝酸银通常溶解于静电纺丝溶液中,随后使用UV照射进行光还原[Son等,Rujitanaroj等],80℃下的热还原[Xu等]或老化[Rujitanaroj等]形成银纳米颗粒。掺入硝酸银的纳米纤维的UV照射显示银纳米颗粒分布在纳米纤维表面附近[Son等,,Rujitanaroj等]。硝酸银的热还原显示纳米纤维横截面中银纳米颗粒均匀分布[Xuetal]。

表面附着力

为确保纳米粒子的最大活性,最好将它们放在电纺纤维的表面。Zheng等()直接将纤维素电纺入氢氧化镁纳米颗粒的水悬浮液中。随着纤维素纤维在水悬浮液中形成,氢氧化镁纳米颗粒粘附在纤维表面上。这种方法的一个优点是纳米颗粒在大块纳米纤维结构中的分布可能比使用涂层作为单独的过程更均匀。

可以使用同时静电纺丝和电喷雾将功能纳米颗粒结合到膜内纳米纤维的表面上。或者,可以使用超声雾化器[Dong等]、喷枪或其他喷雾装置代替电喷雾。喷射可以针对静电纺射流,使得颗粒附着到纤维表面,而不是在沉积在垫[Xuyen等]上或旋转收集器的相对侧[Jaworek等]。使用这种方法,纳米纤维几乎可以纳入任何种类的纳米粒子。同时使用静电纺丝和电喷射将TiO2、MgO和Al2O3纳米颗粒均匀涂覆在膜的整个厚度上[Jaworeketal]。

纳米纤维表面化学活性的纳米粒子会增加复合材料的活性。但是,纳米颗粒可能会从纳米纤维上脱落并导致健康和环境风险。Zhang等[]在超声波中超声处理几分钟后,测试了尼龙-6膜上TiO2颗粒的稳定性。膜的内部微结构保持不变,这证明了粒子对膜的粘附稳定性。可能需要后纺过程如热处理以确保颗粒和纤维之间更好的结合或熔合。Trejo和Frey()同时使用静电纺丝和电喷射对羧酸涂覆的氧化铁纳米颗粒(CA-Fe3O4纳米颗粒)应用于尼龙6纳米薄膜进行了研究。他们的研究表明,超过97%的纳米颗粒在洗涤60分钟后仍然粘附在纤维表面。纳米颗粒在纳米纤维上的保留能力取决于洗涤溶液的pH值。

为了增强纳米粒子与纳米纤维表面的结合,纳米纤维和粒子可以被官能化以用于表面共轭。Li等()用含有3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)的聚丙烯腈(PAN)为前体材料进行电纺。然后将胺基引入电纺PAN/APS纳米纤维的表面,与制备的带负电的铂(Pt)纳米颗粒共轭。由于胺基在纤维表面上的均匀分布,带负电荷的Pt纳米粒子被静电吸引到带正电荷的胺基上,并且均匀分布,Pt纳米粒子的负载密度量较高,高达全部混合纳米纤维的5.61%。

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