一種光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料制備技術領域，具體說涉及一種光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列及其制備方法。
【背景技術】
[0002]一維納米結(jié)構材料的制備及性質(zhì)研宄是目前材料科學研宄領域的前沿熱點之一。納米電纜(Nanocables)由于其獨特的性能、豐富的科學內(nèi)涵、廣闊的應用前景以及在未來納米結(jié)構器件中占有的重要戰(zhàn)略地位，近年來引起了人們的高度重視。同軸納米電纜的研宄起步于90年代中期，2000年以后發(fā)展比較迅猛，到目前為止，人們采用不同的合成方法，不同種類的物質(zhì)已成功制備出了上百種同軸納米電纜，如:Fe/C、Zn/ZnO、C/C、SiC/C、SiGaN/S1xNy以及三層結(jié)構的Fe-C-BN和a -Si 3N4_Si_Si02等。根據(jù)納米電纜芯層和鞘層材質(zhì)不同，可分為以下幾類:半導體-絕緣體、半導體-半導體、絕緣體-絕緣體、高分子-金屬、高分子-半導體、高分子-高分子、金屬-金屬、半導體-金屬等。帶狀同軸納米電纜具有芯-殼結(jié)構、芯層和殼層都呈帶狀、且處于同軸結(jié)構，并且芯層具有導電性。帶狀同軸納米電纜與通常所說的同軸納米電纜的結(jié)構不同。通常所說的同軸納米電纜的橫截面，無論是芯層還是殼層，都是圓形，但是帶狀同軸納米電纜的橫截面，無論是芯層還是殼層，都是矩形。帶狀同軸納米電纜及其陣列是一種新型的納米電纜材料，該種特殊的納米結(jié)構具有納米電纜和納米帶的特性，已經(jīng)引起了人們的高度重視。
[0003]四氧化三鐵Fe3O4是一種重要而廣泛應用的磁性材料。人們已經(jīng)采用多種方法，如沉淀法、溶膠-凝膠法、微乳液法、水熱與溶劑熱法、熱分解法、靜電紡絲法等方法成功地制備出了 Fe3O4納米粒子、納米棒、納米線、納米膜、雜化結(jié)構、核殼結(jié)構納米顆粒等納米材料，技術比較成熟。稀土金屬鎮(zhèn)配合物Tb(BA)3phen，Tb3+為鎮(zhèn)離子，BA為苯甲酸根，phen為鄰菲啰啉，因鋱離子獨特的電子構型而成為具有獨特性能的發(fā)光材料，如發(fā)光強度高、穩(wěn)定性好、熒光量子產(chǎn)率高、單色性好等優(yōu)點，是一種廣泛應用的熒光材料。聚苯胺PANI由于其容易合成、電導率高和環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已經(jīng)成為導電聚合物領域研宄的熱點之一。人們已經(jīng)合成了納米線、納米棒、納米管和納米纖維等一維納米結(jié)構的聚苯胺PANI。
[0004]已有的研宄已經(jīng)證明，當磁性化合物Fe3O4或者深顏色的導電聚苯胺PANI與稀土配合物Tb (BA)3Phen直接混合會顯著降低其發(fā)光效果，因此要獲得Tb (BA) 3phen良好的發(fā)光效果，必須使Tb (BA) 3phen與Fe3O4或PANI實現(xiàn)有效分離。如果將Fe 304納米晶和導電高分子聚苯胺PANI與聚甲基丙烯酸甲酯PMMA混合制備成納米帶，導電PANI是連續(xù)的，保證了其的高導電性，作為同軸納米電纜的芯層，則該芯層具有導電性和磁性，而將Tb(BA)3Phen分散于高分子PMMA中制備成納米帶，作為同軸納米電纜的殼層，則該殼層具有發(fā)光特性，形成[Fe304/PANI/PMMA]@[Tb(BA)3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜，O前面的物質(zhì)為芯層，@后面的物質(zhì)為殼層，從而可以使Fe3O4和導電聚苯胺PANI與Tb (BA) 3phen實現(xiàn)了有效分離，這樣就可以得到性能良好的光電磁三功能帶狀同軸納米電纜，如果采用特殊裝置，還可以得到光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列，目前尚未見相關的文獻報道。
[0005]專利號為1975504的美國專利公開了一項有關靜電紡絲方法(electrospinning)的技術方案，該方法是制備連續(xù)的、具有宏觀長度的微納米纖維的一種有效方法，由Formhals于1934年首先提出。這一方法主要用來制備高分子納米纖維，其特征是使帶電的高分子溶液或熔體在靜電場中受靜電力的牽引而由噴嘴噴出，投向?qū)γ娴慕邮掌?，從而實現(xiàn)拉絲，然后，在常溫下溶劑蒸發(fā)，或者熔體冷卻到常溫而固化，得到微納米纖維。近10年來，在無機纖維制備技術領域出現(xiàn)了采用靜電紡絲方法制備無機化合物如氧化物納米纖維的技術方案，所述的氧化物包括Ti02、ZrO2, Y2O3, Y2O3:RE3+(RE3+= Eu 3+、Tb3+、Er3+、Yb3+/Er3+)、N1, Co3O4、Mn2O3、Mn3O4' CuO, Si02、Al2O3' V205、ZnO, Nb2O5' MoO3、CeO2, LaMO3 (M=Fe、Cr、Mn、Co、N1、Al)、Y3Al5O12> La2Zr2O7等金屬氧化物和金屬復合氧化物。董相廷等使用單個噴絲頭、采用靜電紡絲技術制備了 PAN/Eu(BA)3Phen復合發(fā)光納米纖維[化工新型材料，2008，36 (9)，49-52];王策等使用單個噴絲頭、采用靜電紡絲法制備了聚乙烯吡咯烷酮/四氧化三鐵復合納米纖維[高等學?；瘜W學報，2006，27 (10) ,2002-2004]；Qingbiao Yang, et al使用單個噴絲頭、采用靜電紡絲技術制備了 Fe203nanoparticles/Eu(DBM)3(Bath)復合雙功能磁光納米纖維[Journal of Colloid and InterfaceScience, 2010, 350，396-401]。將靜電紡絲技術進行改進，采用同軸噴絲頭，將紡絲溶液分別注入到內(nèi)管和外管中，當加高直流電壓時，內(nèi)外管中的溶液同時被電場力拉出來，固化后形成同軸納米電纜，該技術即是同軸靜電紡絲技術。王策等用該技術制備了二氧化硅@聚合物同軸納米纖維[高等學?；瘜W學報，2005，26 (5):985-987];董相廷等利用該技術制備了 Ti02@Si02#微米同軸電纜[化學學報，2007，65 (23): 2675-2679]、ZnOOS1 2同軸納米電纜[無機化學學報，2010，26 (1),29-34]、A1203/Si02同軸超微電纜[硅酸鹽學報，2009，37(10)，1712-1717] ；Han, et al 采用該技術制備了 PC (Shell)/PU (Core)復合納米纖維[Polymer composites, 2006，10:381-386]。目前，未見利用同軸靜電紡絲技術制備[Fe304/PANI/PMMA]@[Tb(BA)3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列的相關報道。
[0006]目前文獻中有兩篇論文報道了芯-殼結(jié)構的帶狀同軸納米電纜及陣列，BaochangCheng, et al采用氣相法制備了 Zn2Si04/Zn0帶狀異質(zhì)同軸納米電纜[J.Phys.Chem.C，2008, 112, 16312-16317] ；Yongsong Luo, et al采用水熱-還原法相結(jié)合制備了石墨稀包覆的T12OCo3O4帶狀同軸納米電纜陣列[J.Mater.Chem.A，2013，1,273-281]。目前未見利用同軸靜電紡絲技術制備光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列的相關報道。
[0007]利用靜電紡絲技術制備納米材料時，原料的種類、高分子模板劑的分子量、紡絲液的組成、紡絲過程參數(shù)對最終產(chǎn)品的形貌和尺寸都有重要影響。本發(fā)明采用同軸靜電紡絲技術，以油酸包覆的Fe3O4納米晶、苯胺、樟腦磺酸、過硫酸銨、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、N, N- 二甲基甲酰胺DMF和氯仿01(:13的混合液為芯層紡絲液；采用沉淀法制備出以苯甲酸BA和鄰菲啰啉phen為配體的鋱配合物Tb (BA) 3phen ;將Tb (BA) 3phen、PMMA、DMF和CHCl3混合形成殼層紡絲液，控制殼層和芯層紡絲液的粘度至關重要，采用同軸靜電紡絲技術，在最佳的工藝條件下，獲得結(jié)構新穎的[Fe304/PANI/PMMA] @[Tb (BA) 3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]在【背景技術】中采用氣相法制備了 Zn2Si04/Zn0帶狀異質(zhì)同軸納米電纜和采用水熱-還原法相結(jié)合制備了石墨烯包覆的T12OCo3O4帶狀同軸納米電纜陣列。在【背景技術】中使用了單個噴絲頭、采用靜電紡絲技術制備了金屬氧化物和金屬復合氧化物納米纖維、聚乙烯吡咯烷酮/四氧化三鐵復合納米纖維、PAN/Eu (BA)3Phen復合發(fā)光納米纖維和Fe2O3nanoparticles/Eu(DBM)3(Bath)復合雙功能磁光納米纖維?！颈尘凹夹g】中的使用同軸靜電紡絲技術制備了無機物@無機物、無機物@高分子及高分子@高分子納米電纜，所使用的原料、模板劑、溶劑和最終的目標產(chǎn)物都與本發(fā)明的方法有所不同。本發(fā)明使用同軸靜電紡絲技術制備了結(jié)構新穎的[Fe304/PANI/PMMA] i [Tb (BA) 3phen/PMMA]光電磁三功能帶狀同軸納米電纜陣列，以Fe3O4納米晶+PANI+PMMA為芯層，以Tb (BA) 3phen配合物+PMMA為殼層構成了帶狀同軸納米電纜，呈定向排列形成陣列，帶狀同軸納米電纜的寬度為10 ym，厚度小于I μ m，長度大于500 μ m。
[0009]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，首先采用沉淀法制備出油酸包覆的Fe3O4納米晶和T