一種光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)涉及一種光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一維納米結(jié)構(gòu)材料的制備及性質(zhì)研宄是目前材料科學(xué)研宄領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。納米電纜(Nanocables)由于其獨(dú)特的性能、豐富的科學(xué)內(nèi)涵、廣闊的應(yīng)用前景以及在未來(lái)納米結(jié)構(gòu)器件中占有的重要戰(zhàn)略地位，近年來(lái)引起了人們的高度重視。同軸納米電纜的研宄起步于90年代中期，2000年以后發(fā)展比較迅猛，到目前為止，人們采用不同的合成方法，不同種類的物質(zhì)已成功制備出了上百種同軸納米電纜，如:Fe/C、Zn/ZnO、C/C、SiC/C、SiGaN/S1xNy以及三層結(jié)構(gòu)的Fe-C-BN和a -Si 3N4_Si_Si02等。根據(jù)納米電纜芯層和鞘層材質(zhì)不同，可分為以下幾類:半導(dǎo)體-絕緣體、半導(dǎo)體-半導(dǎo)體、絕緣體-絕緣體、高分子-金屬、高分子-半導(dǎo)體、高分子-高分子、金屬-金屬、半導(dǎo)體-金屬等。帶狀同軸納米電纜具有芯-殼結(jié)構(gòu)、芯層和殼層都呈帶狀、且處于同軸結(jié)構(gòu)，并且芯層具有導(dǎo)電性。帶狀同軸納米電纜與通常所說(shuō)的同軸納米電纜的結(jié)構(gòu)不同。通常所說(shuō)的同軸納米電纜的橫截面，無(wú)論是芯層還是殼層，都是圓形，但是帶狀同軸納米電纜的橫截面，無(wú)論是芯層還是殼層，都是矩形。帶狀同軸納米電纜及其陣列是一種新型的納米電纜材料，該種特殊的納米結(jié)構(gòu)具有納米電纜和納米帶的特性，已經(jīng)引起了人們的高度重視。
[0003]四氧化三鐵Fe3O4是一種重要而廣泛應(yīng)用的磁性材料。人們已經(jīng)采用多種方法，如沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱與溶劑熱法、熱分解法、靜電紡絲法等方法成功地制備出了 Fe3O4納米粒子、納米棒、納米線、納米膜、雜化結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)納米顆粒等納米材料，技術(shù)比較成熟。稀土金屬鎮(zhèn)配合物Tb(BA)3phen，Tb3+為鎮(zhèn)離子，BA為苯甲酸根，phen為鄰菲啰啉，因鋱離子獨(dú)特的電子構(gòu)型而成為具有獨(dú)特性能的發(fā)光材料，如發(fā)光強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、熒光量子產(chǎn)率高、單色性好等優(yōu)點(diǎn)，是一種廣泛應(yīng)用的熒光材料。聚苯胺PANI由于其容易合成、電導(dǎo)率高和環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為導(dǎo)電聚合物領(lǐng)域研宄的熱點(diǎn)之一。人們已經(jīng)合成了納米線、納米棒、納米管和納米纖維等一維納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺PANI。
[0004]已有的研宄已經(jīng)證明，當(dāng)磁性化合物Fe3O4或者深顏色的導(dǎo)電聚苯胺PANI與稀土配合物Tb (BA)3Phen直接混合會(huì)顯著降低其發(fā)光效果，因此要獲得Tb (BA) 3phen良好的發(fā)光效果，必須使Tb (BA) 3phen與Fe3O4或PANI實(shí)現(xiàn)有效分離。如果將Fe 304納米晶和導(dǎo)電高分子聚苯胺PANI與聚甲基丙烯酸甲酯PMMA混合制備成納米帶，導(dǎo)電PANI是連續(xù)的，保證了其的高導(dǎo)電性，作為同軸納米電纜的芯層，則該芯層具有導(dǎo)電性和磁性，而將Tb(BA)3Phen分散于高分子PMMA中制備成納米帶，作為同軸納米電纜的殼層，則該殼層具有發(fā)光特性，形成[Fe304/PANI/PMMA]@[Tb(BA)3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜，O前面的物質(zhì)為芯層，@后面的物質(zhì)為殼層，從而可以使Fe3O4和導(dǎo)電聚苯胺PANI與Tb (BA) 3phen實(shí)現(xiàn)了有效分離，這樣就可以得到性能良好的光電磁三功能帶狀同軸納米電纜，如果采用特殊裝置，還可以得到光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列，目前尚未見相關(guān)的文獻(xiàn)報(bào)道。
[0005]專利號(hào)為1975504的美國(guó)專利公開了一項(xiàng)有關(guān)靜電紡絲方法(electrospinning)的技術(shù)方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長(zhǎng)度的微納米纖維的一種有效方法，由Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來(lái)制備高分子納米纖維，其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場(chǎng)中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌?，從而?shí)現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10年來(lái)，在無(wú)機(jī)纖維制備技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無(wú)機(jī)化合物如氧化物納米纖維的技術(shù)方案，所述的氧化物包括Ti02、ZrO2, Y2O3, Y2O3:RE3+(RE3+= Eu 3+、Tb3+、Er3+、Yb3+/Er3+)、N1, Co3O4、Mn2O3、Mn3O4' CuO, Si02、Al2O3' V205、ZnO, Nb2O5' MoO3、CeO2, LaMO3 (M=Fe、Cr、Mn、Co、N1、Al)、Y3Al5O12> La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬?gòu)?fù)合氧化物。董相廷等使用單個(gè)噴絲頭、采用靜電紡絲技術(shù)制備了 PAN/Eu(BA)3Phen復(fù)合發(fā)光納米纖維[化工新型材料，2008，36 (9)，49-52];王策等使用單個(gè)噴絲頭、采用靜電紡絲法制備了聚乙烯吡咯烷酮/四氧化三鐵復(fù)合納米纖維[高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2006，27 (10) ,2002-2004]；Qingbiao Yang, et al使用單個(gè)噴絲頭、采用靜電紡絲技術(shù)制備了 Fe203nanoparticles/Eu(DBM)3(Bath)復(fù)合雙功能磁光納米纖維[Journal of Colloid and InterfaceScience, 2010, 350，396-401]。將靜電紡絲技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，采用同軸噴絲頭，將紡絲溶液分別注入到內(nèi)管和外管中，當(dāng)加高直流電壓時(shí)，內(nèi)外管中的溶液同時(shí)被電場(chǎng)力拉出來(lái)，固化后形成同軸納米電纜，該技術(shù)即是同軸靜電紡絲技術(shù)。王策等用該技術(shù)制備了二氧化硅@聚合物同軸納米纖維[高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào)，2005，26 (5):985-987];董相廷等利用該技術(shù)制備了 Ti02@Si02#微米同軸電纜[化學(xué)學(xué)報(bào)，2007，65 (23): 2675-2679]、ZnOOS1 2同軸納米電纜[無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，26 (1),29-34]、A1203/Si02同軸超微電纜[硅酸鹽學(xué)報(bào)，2009，37(10)，1712-1717] ；Han, et al 采用該技術(shù)制備了 PC (Shell)/PU (Core)復(fù)合納米纖維[Polymer composites, 2006，10:381-386]。目前，未見利用同軸靜電紡絲技術(shù)制備[Fe304/PANI/PMMA]@[Tb(BA)3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列的相關(guān)報(bào)道。
[0006]目前文獻(xiàn)中有兩篇論文報(bào)道了芯-殼結(jié)構(gòu)的帶狀同軸納米電纜及陣列，BaochangCheng, et al采用氣相法制備了 Zn2Si04/Zn0帶狀異質(zhì)同軸納米電纜[J.Phys.Chem.C，2008, 112, 16312-16317] ；Yongsong Luo, et al采用水熱-還原法相結(jié)合制備了石墨稀包覆的T12OCo3O4帶狀同軸納米電纜陣列[J.Mater.Chem.A，2013，1,273-281]。目前未見利用同軸靜電紡絲技術(shù)制備光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列的相關(guān)報(bào)道。
[0007]利用靜電紡絲技術(shù)制備納米材料時(shí)，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過(guò)程參數(shù)對(duì)最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明采用同軸靜電紡絲技術(shù)，以油酸包覆的Fe3O4納米晶、苯胺、樟腦磺酸、過(guò)硫酸銨、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、N, N- 二甲基甲酰胺DMF和氯仿01(:13的混合液為芯層紡絲液；采用沉淀法制備出以苯甲酸BA和鄰菲啰啉phen為配體的鋱配合物Tb (BA) 3phen ;將Tb (BA) 3phen、PMMA、DMF和CHCl3混合形成殼層紡絲液，控制殼層和芯層紡絲液的粘度至關(guān)重要，采用同軸靜電紡絲技術(shù)，在最佳的工藝條件下，獲得結(jié)構(gòu)新穎的[Fe304/PANI/PMMA] @[Tb (BA) 3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在【背景技術(shù)】中采用氣相法制備了 Zn2Si04/Zn0帶狀異質(zhì)同軸納米電纜和采用水熱-還原法相結(jié)合制備了石墨烯包覆的T12OCo3O4帶狀同軸納米電纜陣列。在【背景技術(shù)】中使用了單個(gè)噴絲頭、采用靜電紡絲技術(shù)制備了金屬氧化物和金屬?gòu)?fù)合氧化物納米纖維、聚乙烯吡咯烷酮/四氧化三鐵復(fù)合納米纖維、PAN/Eu (BA)3Phen復(fù)合發(fā)光納米纖維和Fe2O3nanoparticles/Eu(DBM)3(Bath)復(fù)合雙功能磁光納米纖維?！颈尘凹夹g(shù)】中的使用同軸靜電紡絲技術(shù)制備了無(wú)機(jī)物@無(wú)機(jī)物、無(wú)機(jī)物@高分子及高分子@高分子納米電纜，所使用的原料、模板劑、溶劑和最終的目標(biāo)產(chǎn)物都與本發(fā)明的方法有所不同。本發(fā)明使用同軸靜電紡絲技術(shù)制備了結(jié)構(gòu)新穎的[Fe304/PANI/PMMA] i [Tb (BA) 3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列，以Fe3O4納米晶+PANI+PMMA為芯層，以Tb (BA) 3phen配合物+PMMA為殼層構(gòu)成了帶狀同軸納米電纜，呈定向排列形成陣列，帶狀同軸納米電纜的寬度為10 ym，厚度小于I μ m，長(zhǎng)度大于500 μ m。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，首先采用沉淀法制備出油酸包覆的Fe3O4納米晶和T