静电纺丝技术在锂离子电池硅基负极结构的应用进展

作为锂离子电池的负极,硅是最有应用前景的材料之一。但其体积变化大、固体电解质膜(SEI)形成不稳定、导电性差的问题制约了研究的深入。静电纺丝技术是纳米纤维制造领域中常用的技术手段之一,为解决硅基材料所存在的问题提供了有效的方法。介绍了静电纺丝技术的原理和不同领域的应用;综述了近几年国内外静电纺丝技术在硅/碳、硅/金属复合材料的结构构筑领域的应用,着重从纳米纤维、核壳、蛋黄-蛋壳及多孔等复合结构方面进行概述,并总结了不同结构对于硅基负极材料性能的影响;针对静电纺丝技术在不同领域应用中所存在的问题,提出了今后研究的重点和方向,为静电纺丝技术的进一步发展提供了参考。     

静电纺丝制备复合纳米纤维研究进展

静电纺丝技术近年来在制备纳米纤维领域得到广泛应用,目前已成功制备出多种不同类型的纳米纤维,尤其在制备复合纳米纤维方面取得了显著成果,被认为是制备纳米纤维最有效的方法之一。总结了静电纺丝技术制备纳米纤维,特别是制备复合型纳米纤维方面的最新研究报道,如天然高分子复合纳米纤维、聚合物复合碳纳米管纤维、聚合物复合金属纳米纤维、共聚物纳米纤维以及无机复合纳米纤维等。静电纺丝纳米纤维将在生物医药、电子光学、制备复合材料等多个领域得到广泛应用。     

静电纺丝技术制备三维纳米结构研究进展

静电纺丝技术可制备形貌可控并且连续的纳米纤维,在三维纳米结构制备领域得到了广泛应用。综述了国内外三维静电纺丝技术的研究现状,介绍了三维静电纺丝技术的基本原理。概述了目前制备三维纳米结构常用的四种静电纺丝技术涉及的方法,即自组装法、固体模板辅助收集法、液体辅助收集法和气体辅助收集法。对制备原理、实验装置、制备方法、所获得的纳米纤维的主要工艺参数及适用范围进行了比较和总结,并且详细分析了影响其纺丝质量的因素,为三维静电纺丝技术进一步发展提供了参考。     

静电纺丝技术制备光学功能纳米纤维

介绍了静电纺丝制备纳米纤维的基本原理、装置及运用静电纺丝技术制备的实芯、空芯、多孔和带状等几种不同结构的纳米纤维,阐述了近年来同内外研究者通过静电纺丝技术制备出的发光纳米纤维以及光学偏振纳米纤维的相关成果及研究进展,并讨论了这类光学功能纳米纤维潜在的应用.     

纤维结构对静电纺丝辐射制冷材料可见光-红外光学性能的影响

采用静电纺丝法制备一种具有日间辐射制冷功能的PEO纤维膜。系统地探究了PEO浓度、直流电压、针头尺寸等工艺参数对PEO纤维直径和孔隙结构的影响,并对其可见光、红外光学性能进行了表征。结果表明：通过对PEO浓度、直流电压、针头尺寸等静电纺丝工艺参数进行系统优化,可将PEO纳米纤维的内部结构尺寸控制在390～920 nm范围内。PEO纳米纤维的可见光-近红外反射率对其结构参数变化较为敏感,在相同纤维膜厚度的情况下,纤维的平均直径可由920 nm减小到390 nm,孔隙率随之增大,可见光-近红外反射率可提高近5%。而纤维结构对热红外发射率的影响不明显,其主要影响因素为纤维厚度,将纤维厚度从12μm增加到25μm,大气窗口波段(8～13μm)的发射率增加了40%。基于纤维结构对不同波长辐射的选择性传输特性,研制了一种具有双层结构的柔性静电纺丝纤维材料,实现了对太阳光高反射、对热红外光高发射的特殊光学效应,达到了较好的辐射制冷效果。     

PZT/P(VDF-TrFE)复合材料的静电纺丝制备及其特性

自行搭建了静电纺丝平台,制备了锆钛酸铅陶瓷粉末与聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)复合材料纳米纤维膜。使用扫描电子显微镜观测了纳米纤维膜的表面形貌特征,使用X线衍射检测了纳米纤维膜中聚偏氟乙烯三氟乙烯的β相。探究了锆钛酸铅陶瓷质量分数对纳米纤维直径的影响和对其内聚偏氟乙烯三氟乙烯的β相影响。实验结果表明,使用静电纺丝法制备锆钛酸铅陶瓷粉末与聚偏氟乙烯三氟乙烯复合材料膜时,考虑到纳米纤维的形貌质量与纺丝过程的难易度,合适的锆钛酸铅陶瓷粉末质量分数应为4%。     

浅析静电纺丝技术制备多种结构的纳米线

文章采用静电纺丝法制备La_(0.325)Pr_(0.3)Ca_(0.375)MnO_3和TiO_2的纳米线,先配置La_(0.325)Pr_(0.3)Ca_(0.375)MnO_3和TiO_2的前驱体溶液,并把它们放在静电纺丝机下纺丝后退火,得到了La_(0.325)Pr_(0.3)Ca_(0.375)MnO_3和TiO_2的单根纳米线。在此基础上,利用同轴针头,在外层加入La_(0.325)Pr_(0.3)Ca_(0.375)MnO_3溶液,芯层加入TiO_2溶液,观察得到纳米线的结构形貌,确定得到了La_(0.325)Pr_(0.3)Ca_(0.375)MnO_3_TiO_2的同轴纳米线。在静电纺丝技术下,笔者成功实现了对纳米线结构的控制。     

ZnS∶Mn/PVA复合纳米纤维的制备及性能分析

采用绿色化学方法、通过使用对环境友好无危害的橄榄油,结合静电纺丝技术,成功制备了ZnS∶Mn/PVA复合纳米纤维。通过扫描电镜和X射线衍射对复合纳米纤维结构进行表征,通过光致发光研究了复合纳米纤维的光学性质。扫描电镜结果表明ZnS∶Mn/PVA复合纳米纤维的直径约为300 nm,X射线衍射仪结果显示ZnS∶Mn/PVA复合纳米纤维具有ZnS立方闪锌矿结构。光致发光光谱表明ZnS∶Mn/PVA复合纳米纤维在590 nm处具有较强的尖锐发射峰,实现了Mn2+的特征发射。ZnS∶Mn/PVA复合纳米材料是一种非常好的发光材料,有望在光电领域得到应用。     

电纺SnO_2纳米纤维的制备及其气敏特性

采用聚乙烯醇(PVA,Mw=80000g/mol)和五水合四氯化锡(SnCl4.5H2O)作为静电纺丝前驱液,着重研究了纺丝电压、前驱液中PVA浓度及煅烧温度等因素对纺丝过程及纤维特性的影响,并用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析手段对纤维的微观结构、表面形貌和结晶状态进行了表征。结果表明,当纺丝电压为4kV、纺丝液中PVA质量分数为7%、退火温度为700℃时,可以得到平均直径为300nm的连续SnO2纳米纤维。该纤维对乙醇的响应恢复时间小于15s,检测极限低于10×10-9。     

静电纺丝纤维应用的研究进展

首先简要阐述了静电纺丝装置和原理,然后着重讨论了静电纺丝纤维应用研究进展,即仿生支架、药物载体、各类型电池、传感器和催化剂,最后分析了制约静电纺丝纤维应用的因素。在静电纺丝纤维应用方面主要呈现的特点是应用领域非常广,这主要是基于静电纺丝纤维的纳米级直径、高孔隙率和大比表面积等优点,但大多数静电纺丝纤维应用都处在实验应用型阶段,距真正生产应用阶段还有一定距离。制约静电纺丝纤维应用的因素主要归结为两点,即电纺装备制约和电纺原理制约。今后静电纺丝技术将主要从装备优化和理论创新这两大方面入手,推动静电纺丝纤维由实验应用型向生产应用型转变。     

静电纺丝技术制备Au-ZnO纳米纤维及其气敏性能研究

通过静电纺丝技术制备了不同Au掺杂量的ZnO(Au-ZnO)纳米纤维,利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对样品的结构和微观形貌进行了表征,并用静态配气法测试了材料的气敏性能。结果表明,经600℃高温煅烧后Au-ZnO纳米纤维仍保持网状结构,由大小不一的ZnO纳米颗粒连结组成,直径为180~230 nm。Au的掺杂有效改善了ZnO纳米纤维的气敏性能,其中1%Au-ZnO(质量分数)纳米纤维在310℃时对甲醛有较高的灵敏度和选择性,响应时间为21~27 s,恢复时间为11~15 s。该材料在甲醛的检测领域有较好的应用前景。     

电纺SnO2纳米纤维的制备及其气敏特性

采用聚乙烯醇（PVA，Mw=80000g/mol）和五水合四氯化锡（SnCl4.5H2O）作为静电纺丝前驱液，着重研究了纺丝电压、前驱液中PVA浓度及煅烧温度等因素对纺丝过程及纤维特性的影响，并用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等分析手段对纤维的微观结构、表面形貌和结晶状态进行了表征。结果表明，当纺丝电压为4kV、纺丝液中PVA质量分数为7%、退火温度为700℃时，可以得到平均直径为300nm的连续SnO2纳米纤维。该纤维对乙醇的响应恢复时间小于15s，检测极限低于10×10^-9。     

静电纺丝法制备钇铁石榴石单晶纳米纤维

介绍了用静电纺丝法制备钇铁石榴石(YIG)磁光单晶纳米纤维材料的研究工作,其主要制备方法是将合成YIG所需金属元素的醇盐溶解于有机溶剂,通过静电纺丝法制备出了复合超细纤维,然后进行热处理,得到晶态磁光纳米纤维.对制备的复合纤维和热处理后的磁光纤维作了扫描电镜(SEM)分析,对热处理后的纤维作为了透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试.通过对测试结果的分析发现,在纺丝过程中微量注射泵的推进速度和空气相对湿度是主要影响因素,推进速度和相对湿度减小,都有利于成丝.复合纤维的直径在500 nm～1 000 nm之间.经过750℃热处理后,样品仍然能保持纤维状结构,纤维直径在100 nm左右,并能够合成出单晶钇铁石榴石相.     

电纺掩模制备铜纳米线网络透明电极

通过真空蒸镀技术、静电纺丝技术和湿法腐蚀法成功制备出铜纳米线网络透明电极.首先优化纺丝条件,制备出均匀的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维,然后将PAN纳米纤维作为掩模腐蚀铜膜得到铜纳米线网络透明电极.通过对纺丝时间、纺丝接收取向、蒸气处理时间和湿法腐蚀时间等制备条件进行优化,得到表面光滑连续、形貌良好的铜纳米线网络透明电极....     

氮掺杂多孔碳纳米纤维的制备及其储钾性能

基于静电纺丝获得多孔碳纳米纤维,随后高温锻烧制备出氮掺杂多孔碳纳米纤维(N-CNF),并将其作为钾离子电池的负极材料.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射仪、Raman光谱仪和比表面积分析仪对目标产物进行了表征,研究了N-CNF负极材料的结构和形貌.N-CNF作为钾离子电池的...     

基于量子棒纳米纤维大面积定向排列的偏振增亮膜及其在宽色域显示中的应用

作为一种新兴的纳米材料,CdSe/CdS量子棒的偏振发光特性使其在应用于新型液晶显示中极具潜力,而如何将量子棒材料在宏观尺度上大面积的定向排列是实现该技术的关键性问题。在本文中,我们报道了一种大面积、含定向排列量子棒、基于PMMA纳米纤维制成的偏振增亮膜。首先,采用一种新的TBP辅助合成方法,合成出具有核壳结构的CdSe/CdS量子棒。该材料的绝对量子产率达到了60%,发光波长的半峰宽为25nm,具有182nm的大Stokes位移。随后将这些量子棒溶于氯仿、DMF和PMMA混合溶液中制备用于静电纺丝的纺丝液。通过静电纺丝技术,将含有量子棒的聚合物纳米纤维通过滚筒收集处理,得到了一张透明、大面积、偏振增强的增亮膜,5cm~2增亮膜的偏振度为0.45。最后将制备的增亮膜嵌入一个液晶显示模组中测试,结果显示该模组的亮度提高了18.4%。这一结果表明我们制备的量子棒增亮膜在新型宽色域高光效显示领域具有非常广阔的应用前景。     

基于电纺纤维的CuO/SnO_2薄膜及其气敏特性

研究了一种基于静电纺丝纳米纤维制备异质结薄膜的方法。采用静电纺丝技术在硅衬底上依次沉积PVP/CuCl2.2H2O和PVP/SnCl4.5H2O纳米纤维,经过氧等离子体刻蚀并高温退火处理后得到了基于多孔纳米纤维的CuO/SnO2异质结薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射技术(XRD)对纤维的形貌和结晶状态进行了表征。电学特性及气敏特性测试结果表明,该异质结薄膜具有明显的整流特性,在100℃的工作温度下,对H2S气体响应和恢复速度快、检测限低、选择性好。     

电纺纳米纤维固相微萃取及农残检测应用北大核心

利用静电纺丝技术制备了聚苯乙烯/氧化石墨烯（PS/GO）纳米纤维固相微萃取（SPME）涂层,分别研究了GO浓度对纳米纤维形貌的影响以及解吸温度、GO浓度和涂层厚度等参数对萃取性能的影响,比较了PS/GO纳米纤维、PS/GO薄膜及聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜的萃取性能。将PS/GO纳米纤维SPME与离子迁移谱（IMS）联用,实现了毒死蜱和辛硫磷农药标准品及其混合样品的检测。当萃取时间为3 min时,毒死蜱标准品理论检出限为0.13μg/kg,线性范围为6.25-100μg/kg,相关系数为0.999 0,相对标准偏差（RSD）小于14.0%;辛硫磷标准品理论检出限为0.33μg/kg,线性范围为12.50-100μg/kg,相关系数为0.999 8,RDS偏差小于9.2%。     

响应面法建立聚乳酸芯壳纱纤维直径预测模型及其实验验证

纤维直径对纤维的物理性能有着显著影响。在纤维生产过程中,不同工艺参数的组合会直接影响纤维的直径。为探索生产工艺参数与纤维直径之间的潜在影响关系,提出了基于响应面法(RSM)的聚乳酸芯壳纱纤维直径预测模型。通过开发双喷嘴静电纺纱实验装置,实现聚乳酸芯壳纱纤维的生产。利用响应面法对纺丝电压、转杯转速、总体积流量和正负体积流量比展开实验探索,评价各工艺参数对纤维直径的影响。根据实际的工艺参数数值进行计算并校验,获得工艺参数与聚乳酸芯壳纱纤维直径的回归方程和耦合关系。实验结果表明:当纺丝电压为11.42 kV,转杯转速为186.3 r/min,总体积流量为1.04 mL/h,正负体积流量比为127∶100时,聚乳酸芯壳纱纤维直径达到最小值,为0.895μm,与模型预测结果相符,未来可用于指导纤维纱线的生产。     

多种ZnO纳米结构和ZnO/ZnS核壳结构的制备

以Zn(NO3)2.6H2O和CO(NH2)2为原料,采用均匀沉淀法,制备出了棒状、花状、球状纳米氧化锌(ZnO)。将ZnO微球体分散在Na2S溶液中,通过离子替代法,成功制备了ZnO/ZnS核壳结构。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等测试手段对ZnO纳米结构和ZnO/ZnS核壳结构的晶体结构和表面形貌进行了表征,初步探讨了纳米ZnO和ZnO/ZnS核壳结构的生长机理。根据测试结果得知,ZnO纳米棒呈现六方纤锌矿结构,随着Zn2+浓度逐渐增加,ZnO纳米结构形貌由单分散的棒状聚集成花状,最后演变成球形。ZnO/ZnS复合结构为内核ZnO,外面包覆一层ZnS的核壳结构。所有的纳米ZnO均具有相似的发光特点,ZnO/ZnS核壳结构的发光性能有了很大的改善。