[发明专利]一种简单制备均匀的微米级纤维的方法

说明书

本发明公开了一种简单制备均匀的微米级纤维的方法，包括以下步骤：制备单分散性的胶体颗粒悬浮液；将所得胶体颗粒悬浮液进行纯化处理，得到胶体颗粒与水和醇的混合液，所述醇为烷基碳原子数≤3的醇，醇含量为70％‑100％，所得胶体颗粒体积含量≥0.1％；将胶体颗粒悬浮液转移至容器中，入烘箱烘烤，待溶液蒸发完，得到由胶体颗粒组成的微米级纤维。本发明操作简便、成本低廉、具有可重复性且容易量产，为微米级纤维提供了一种新的制备方法。

技术领域

本发明属于纳米材料合成领域，具体涉及一种简单制备均匀的微米级纤维的方法。

背景技术

纤维是指由连续或不连续的细丝组成的材料，在现代生活中，由于其在纺织、医药、建筑、生物等方面的应用，已经引起了广泛关注。最常见的纤维制备方法是纺丝，将纺丝流体用纺丝泵连续、定量而均匀地从喷丝头的毛细孔中挤出形成液态细流，再在空气或凝固浴中固化成丝条。纺丝通常要求聚合物加热熔融，或将聚合物溶解在某种溶剂中，制备成适宜浓度溶液再进行纺丝。但是，由胶体纳米颗粒形成的纤维无法通过这种方法制备。

由胶体纳米颗粒形成的纤维在纳米通道、光学装置、掩膜刻蚀技术等方面具有广泛用途。一种常见的方法是限域自组装法，通过施加外力作用或设计图案化的基底从而限制颗粒的自组装。但这种方法可操作性受到限制，且对设备条件要求较高。另一种常用方法是对流组装。随着溶剂蒸发，胶体颗粒在基底上完成自组装，形成胶体膜。胶体膜与基底结合，产生应力，该应力抵抗胶体膜的变形，当应力大小超过临界值时，裂痕成核并沿蒸发方向传播，从而形成微米级纤维。但是这种方法制备的纤维可重复性差，纤维大小不均匀，边界不清晰，内部会产生二次裂纹，破坏纤维的完整性。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术方案的不足，本发明提供一种简单制备均匀的微米级纤维的方法，操作简便、成本低廉、具有可重复性且容易量产。

本发明采用的技术方案如下：

一种简单制备均匀的微米级纤维的方法，包括以下步骤：

S1.制备单分散性的胶体颗粒悬浮液；

S2.将步骤S1所得胶体颗粒悬浮液进行纯化处理，以去除悬浮液中未完全反应物和杂质，得到胶体颗粒与水和醇的混合液，所述醇为烷基碳原子数≤3的醇，醇的体积含量为70％-100％，所述胶体颗粒体积含量≥0.1％；

S3.将步骤S2所得混合液转移至容器中，在25-100℃温度下烘干，得到微米级纤维。

进一步地，步骤S1中胶体颗粒悬浮液为胶体颗粒为二氧化硅胶体颗粒悬浮液或聚苯乙烯胶体颗粒悬浮液。

进一步地，胶体颗粒悬浮液中的胶体颗粒粒径为20nm-500nm；其中，优选胶体颗粒粒径为150nm。

进一步地，二氧化硅胶体颗粒悬浮液制备方法如下：

将水和氨水溶液混合，水浴加热至60℃后，加入正硅酸乙酯，以大于100r/min的搅拌速度搅拌至完全反应，得到二氧化硅胶体颗粒悬浮液；所述水、氨水溶液和正硅酸乙酯的体积比为100:15:6。

进一步地，聚苯乙烯胶体颗粒悬浮液制备方法如下：

将过硫酸钾和十二烷基硫酸钠溶于水中，所述过硫酸钾、十二烷基硫酸钠和水的质量比为3:4:3000，在混合液中通入氮气并搅拌≥5min，水浴加热至70℃后，加入苯乙烯单体，以＞100r/min的搅拌速度搅拌至完全反应，得到聚苯乙烯胶体颗粒悬浮液；所述混合液和苯乙烯单体的体积比为25:1。

进一步地，步骤S2中纯化处理的具体方法为，先通过离心分离出胶体颗粒悬浮液中的胶体颗粒，离心转速≥5000r/min，再用水洗涤，然后将胶体颗粒分散于水和醇的混合液中。