[发明专利]具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于具有微米与纳米复合结构的材料，特别涉及一种具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维及其制备方法。

背景技术

作为特殊的一维微米或纳米材料，核/壳结构的微米或纳米纤维由于其独特的性质在药物输运、催化、增强材料、光电器件、能源材料等领域都有着重要的应用前景，引起了人们的广泛关注。目前已经发展了很多制备核/壳结构微米或纳米纤维的方法，如化学气相沉积法(CVD)、模板法、水热法、激光烧蚀法、同轴静电纺丝法等等。上述方法中，从方法的简易程度、纤维的长度和连续性等方面考虑，同轴静电纺丝法具有很大的优势。

静电纺丝法(简称电纺，electrospinning)是近年来发展起来的利用高压静电力自上而下制备一维微米或纳米纤维的有效方法，纤维尺寸为几十nm～几个μm。2002年西班牙的I.G.Loscertales教授等首先将双喷管同轴的喷丝头引入到静电纺丝/喷雾技术当中，可将两种不同的纺丝液进行复合电纺/喷雾制备复杂结构的微米或纳米材料。之后同轴静电纺丝法被快速发展起来，广泛应用于聚合物、无机材料以及有机/无机复合材料的核/壳纤维及中空纤维的制备(Science，2002，295，1695；J.Am.Chem.Soc.2004，126，5376)。但是同轴静电纺丝法一般适用于两种不混溶或混溶性较差的纺丝液。对于混溶性较好的两种纺丝液，在复合电纺过程中会不可避免的发生相互扩散融合，甚至完全混合形成均一结构。另外，对于相互作用比较强的两种纺丝液，如相互反应或沉淀的溶液，该方法也不可行。这种在纺丝液选择上的限制使得该方法在应用上受到了一定的限制。

本发明提出了一种三流体同轴静电纺丝法，通过三喷管同轴的喷丝头构型在传统的外流体(壳材料溶液)和内流体(核材料溶液)之间引入了一层保护流体(中层流体)，使外流体与内流体不相互接触，以降低它们之间的相互作用，从而可扩大纺丝液的选择范围。经后处理过程将中层流体材料除去留下中空管状结构，获得“微米管套纳米线”结构的核/壳纤维。本发明提出的三流体复合静电纺丝法提供了更普适的核/壳纤维制备方法，适用于聚合物、无机氧化物“微米管套纳米线”结构核/壳纤维的制备。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维，该纤维具有微米级的中空管状结构，内部嵌套独立的纳米线。

本发明的目的之二在于提供制备具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维的三流体同轴静电纺丝法，该方法提供了更普适的核/壳纤维的制备方法。

本发明的具有微米管套纳米线结构的核/壳纤维是由三流体同轴静电纺丝法制备得到的，所述的核/壳纤维是在具有微米级的中空管状结构的微米管的内部嵌套有独立的纳米线；所述的微米管材料和纳米线材料是相同或不相同的聚合物材料或无机氧化物材料。

所述的聚合物选自聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚丙烯腈、聚醚、聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异丙基丙稀酰胺、聚苯撑乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氧乙烯、聚乙二醇、聚醋酸乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-聚羟乙酸、壳聚糖、胶原蛋白、聚己内酯等所组成的组中的至少一种。

所述的无机氧化物选自TiO₂、SiO₂、ZrO₂、SnO₂、Al₂O₃、CuO、NiO、GeO₂、V₂O₅、Mn₃O₄、ZnO、Co₃O₄、Nb₂O₅、CeO₂、LiMnO₄、Fe₃O₄等所组成的组中的至少一种。