[发明专利]一种纯钨纳米纤维、其制备方法及应用

说明书

本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种纯钨纳米纤维、其制备方法及应用。本发明制备纯钨纳米纤维包括以下步骤：(1)配制静电纺丝液，并将其转移至静电纺丝设备中进行静电纺丝，得到含钨前驱体纳米纤维，所述静电纺丝液是将含钨化合物和高分子粘结剂完全溶解在水与有机溶剂的混合液中；(2)将步骤(1)中的含钨前驱体纳米纤维置于空气炉中进行煅烧，得到WO₃纳米纤维；(3)将步骤(2)中的WO₃纳米纤维转移至高温气氛炉中煅烧，得到纯钨纳米纤维。本发明制备的纯钨纳米纤维直径分布均匀、连续性良好且具有优异的导电性能，并能够实现纯钨纳米纤维的规模化生产和广泛应用。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种纯钨纳米纤维、其制备方法及应用。

背景技术

随着移动智能设备的快速发展和普及，透明电极市场需求日益增长。长期以来，锡掺杂氧化铟(ITO)作为透明电极市场的主导材料。由于铟元素的稀缺及其昂贵的价格，严重限制了ITO透明电极的广泛应用。近年来，国内外科研工作者致力于开发新型透明电极材料，如导电聚合物薄膜、碳纳米管、石墨烯和金属纳米网等，旨在取代传统的ITO材料。

目前，金属纳米线因其高透射率和高导电性成为新一代透明电极材料的研究热点。但是，这些金属纳米线的化学性质不稳定，导致其性能随环境条件的变化差异较大，例如银可与空气中少量的H₂S或CO₂发生反应，铜在空气中容易被氧化等皆会降低纳米线的导电性。金属钨具有良好的稳定性、优异的导电性、高熔点和高硬度等特性，长期以来被用于灯丝、切削工具以及光学仪器设备等。因此，若结合钨材料的高导电性和良好的稳定性，将其应用于透明电极材料，既能保证透明电极的高品质因子，又能使其在恶劣工作环境中具有很好的性能稳定性。由此，钨纳米纤维的制备和性能研究对透明电极的发展和应用具有重要的科学价值和研究意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纯钨纳米纤维、其制备方法及应用，其充分结合钨纳米纤维产品的特点和需求，针对性对纯钨纳米纤维的制备方法进行重新设计，并对关键制备工艺参数进行选择和优化，相应获得了一种具有良好的导电性、均一的直径和较高的长径比的纯钨纳米纤维，由此解决了纯钨纳米纤维的制备技术难题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纯钨纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)配制静电纺丝液，将其静电纺丝得到含钨前驱体纳米纤维，所述静电纺丝液为含钨化合物及高分子粘结剂溶解在水与有机溶剂中形成的混合液；

(2)将步骤(1)中得到的含钨前驱体纳米纤维进行第一次煅烧，通过预氧化得到WO₃纳米纤维；其中，所述第一次煅烧升温速率为1℃/min～20℃/min，煅烧温度为400℃～800℃，保温时间0.5h～6h；

(3)将步骤(2)中得到的WO₃纳米纤维进行第二次煅烧，经过高温还原得到纯钨纳米纤维，其中所述第二次煅烧的升温速率为1℃/min～20℃/min，煅烧温度为400℃～1000℃，保温时间0.5h～4h。

优选地，步骤(1)中，所述静电纺丝液中各个组分的重量百分比分别为：含钨化合物5％～20％，高分子粘结剂20％～40％，有机溶剂15％～25％，水30％～50％。

优选地，步骤(1)中，所述静电纺丝的电压为8kV～40kV，静电纺丝距离为10cm～30cm，静电纺丝液流速为2mL/h～5mL/h。

优选地，步骤(1)中，所述含钨化合物为偏钨酸铵、钨酸或异丙醇钨中的一种或多种。

优选地，在步骤(1)中，所述高分子粘结剂为聚丙烯腈、聚乙烯醇、醋酸乙烯树脂或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。