[发明专利]一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于纳米纤维材料制备技术领域，涉及一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，用静电纺丝纤维作为模板，通过静电纺丝技术和磁控溅射技术的结合，实现中空结构氧化铟纳米纤维的制备。

背景技术：

随着对纳米纤维的深入研究，人们逐渐对有序排列或交叉结构的纳米纤维、三维堆垛结构的纳米纤维、同轴结构的纳米纤维和中空结构的纳米纤维等特殊形貌结构的纳米纤维的关注度越来越高，鉴于中空结构的微纳米纤维在催化、纯化、分离、气体存储、能量转换、药物缓释、传感器件和环境保护等方面有着广阔的应用前景，科学家们一直在探索中空结构纳米纤维的制备方法。目前常见的基于静电纺丝技术制备有机或无机中空结构微纳米纤维的方法主要有化学涂覆法、熔融纺丝法、干喷湿纺法和同轴静电纺丝法等，其中化学涂覆法只能在纤维膜的表面进行涂覆，但不能对每根纤维的表面进行均匀涂覆，例如中国专利200610096750.9公开了一种利用化学涂覆法制备用于细胞培养的多层中空纳米纤维的方法，该方法以电纺纤维作为模板，结合层层组装技术，将带有正反电荷的聚合物交替吸附在纤维表面，并用有机溶剂除去内部的纤维模板，最终获得多层的中空纤维，但是这种方法制备的中空结构纳米纤维的均匀程度不易控制，而且对纤维壁的厚度和纤维间的空隙率难以掌握；中国专利200510014578.3公开了一种制备中空结构纳米纤维的熔融纺丝法，将无机粒子、高分子致孔剂、表面活性剂及非溶剂等组成纺丝组合物后混合均匀加热到聚合物熔融温度以上，然后将熔体在纺丝头挤出经冷却制成中空纤维，并通过除去其中的无机粒子、高分子致孔剂、表面活性剂和非溶剂制成中空纤维膜，虽然该方法使纤维的均匀程度有了提高，但是制备条件要求比较高，制备工艺和后续处理工艺比较繁琐；干喷湿纺法是令纺丝液在经过喷丝头喷出后不立即进入凝固浴，而是先经过空气层之后再进入凝固浴进行双扩散、相分离并形成丝条，中国专利201110292047公开了利用这种方法制备聚砜中空纤维膜，其采用从其他入口使单丝进入喷丝头，混纺制备带支撑材料的聚砜中空纤维复合膜，这种方法制备工艺相对复杂，而且需要经过一定的后续处理才能得到中空结构的纤维；同轴静电纺丝法是通过对喷丝头的设计，采用同轴的两个毛细管相互嵌套，并在内层与外层毛细管间留有一定缝隙，以保证壳层电纺溶液的畅通，现有的同轴共纺法主要是先制备核壳结构的纤维，然后再用不同的方法把核层物质置换出来以形成中空结构的纤维，中国专利201210217561公开了利用甘油和水的混合物作为同轴静电纺丝的内相电纺液，以聚合物作为外相电纺液，利用同轴静电纺丝的方法制得中空纳米纤维，但是这种方法在实验时需要控制内相和外相电纺液的流量，并需要对内外层液体施加相同或不同的高压电场，使其从两个同轴但不同直径的喷管中喷出的静电纺丝溶液为同心分层流，同时还对静电纺丝溶液的选择有所限制。

氧化铟是一种n型半导体材料，具有方铁锰型晶体结构，主要应用于荧光屏、有色玻璃、陶瓷、化学试剂、铟锡氧化物(ITO)靶材、气敏添加剂以及低浓度氧化性气体的检测等方面，根据研究发现，以氧化铟为基体的气敏材料在检测低浓度的汽油、乙醇、氨气、丁烷等气体时具有极好的灵敏性。由于氧化铟气敏材料的阻值适中，响应恢复速度快、灵敏度高，并且可以对多种可燃气体、毒害气体实行专一检测或同时检测等优良特性，所以科研工作者们对此极具兴趣，特别是纳米结构的氧化铟具有表面积更大、气敏特性更灵敏等优点，是目前科学研究的热点之一。纳米结构的氧化铟可以通过模板法（Chem.Phys.Lett.334(2001)298;Adv.Mater.19(2007)1641）、化学气相沉积法（Appl.Phys.Lett.82(2003)4146）、物理气相沉积（Adv.Mater.15(2003)581）、激光蒸发法（Adv.Mater.15(2003)143）、外延生长（Adv.Mater.18(2006)234）和水热法（J.Nanopart.Res.15(2013)1452）等方法制备，但是对中空结构的氧化铟纳米纤维的制备目前尚未见有相关报道，因此寻求设计一种简单、快速的中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，具有良好的社会意义和实用价值。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种中空结构氧化铟纳米纤维的制备方法，以实现中空直径和比表面积较大的中空结构氧化铟纳米纤维的制备。

为了实现上述目的，本发明涉及的制备方法具体步骤包括制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维、包裹氧化铟和高温烧结去除PVDF三个步骤：