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《静电纺丝制备超疏水TiO_2纳米纤维网膜》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、Vo.l30高等学校化学学报No.42009年4月CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES731~734静电纺丝制备超疏水TiO2纳米纤维网膜1,2111王丽芳,赵勇,江雷,王佛松(1.北京分子科学国家实验室,有机固体院重点实验室,中国科学院化学研究所,北京100190;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要采用静电纺丝技术构筑粗糙表面,再使用廉价的低表面能物质硅油在煅烧过程中进行同步修饰,制备出接触角大于150,滚动角小于5的TiO2超疏水表面.该超疏水表面具有
2、由TiO2纳米纤维和微米尺寸颗粒状硅油高温分解产物织构而成的纳米纤维网膜结构,这种特殊的微纳米复合粗糙结构和疏水性硅油分解产物的修饰作用导致TiO2纳米纤维网膜的超疏水性.这种超疏水的TiO2材料为超疏水材料在防水织物、无损失液体运输和微流体等领域的应用提供了新的研究视野.关键词二氧化钛;超疏水;纳米纤维;静电纺丝中图分类号O647.5文献标识码A文章编号02510790(2009)04073104浸润性是固体表面的重要性质之一,通过固液界面的接触角(CA)表征.固体表面的浸润性主要[1]由其表面的化学组成
3、和结构共同决定.改变固体表面的自由能和粗糙度都可改变浸润性.近年来,与水的接触角大于150,同时滚动角小于10的超疏水材料由于在微流体及生物分析等领域具有广泛的应用前景,从而引起了人们极大的研究兴趣.受荷叶自清洁效应的启发,人们制备了一系列的仿生[2]超疏水表面.研究表明,超疏水表面可以通过两种方法获得:一是在粗糙表面修饰低表面能物质;[3]二是在疏水材料表面构建粗糙结构.迄今为止,人们已经提出了许多制备粗糙表面的方法,诸如相[4~6][7]分离法,刻蚀法,模板压印法,电化学沉积法等.Jiang等以廉价的聚苯乙烯为原料,采用简单的静
4、电纺丝技术,制备了具有多孔微球和纳米纤维复合结构的超疏水薄膜,由于TiO2具有光、电和化学稳定性以及生物相容性,因此在理论研究和工业应用领域一直是研究热点.制备具有特殊表面性质的[8]TiO2材料,有利于拓展TiO2在自清洁表面、太阳能电池及生物分析等方面的应用.本文采用静电纺[9~13]丝技术构筑粗糙表面,再使用廉价的低表面能物质硅油在煅烧过程中同步修饰,制备出接触角大于150,滚动角小于5的TiO2超疏水表面.1实验部分1.1复合膜的制备将聚乙烯吡咯烷酮[Poly(vinylpyrrolidone),PVP,Mw=13000
5、00,Acros公司]和钛酸四丁酯[Ti(OBu)4,北京化工精细化学有限公司]溶解在乙醇和醋酸(体积比4∀1)的混合溶剂中,配制质量分数分别为4%PVP和20%Ti(OBu)4的前驱体溶液;将上述溶液置于内径为043mm针头的注射器中,采用18kV/cm的工作电压强度(电压强度=工作电压/接收距离)进行静电纺丝,最后在玻璃基底接收装置上收集得到PVP/钛凝胶复合膜.1.2复合膜的煅烧在负载上述复合膜的玻璃基底上,加入1g硅油(Mw=4000),置于程序升温马弗炉(NaberthermLH1513,德国)中,以15#/min的
6、升温速度升至450#,然后在该温度下持续煅烧3h,选择性除去收稿日期:20081007.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20801057,20774101)、国家八六三!计划(批准号:2007AA03Z327)和国家九七三!计划(批准号:2007CB936403,2009CB930404)资助.联系人简介:江雷,男,博士,研究员,博士生导师,主要从事仿生纳米功能界面材料研究.Emai:ljiangle@iiccas.ac.cn732高等学校化学学报Vo.l30PVP,得到TiO2膜.1.3
7、表征样品形貌采用场发射扫描电子显微镜(6700FFESEM,日本JEOL公司)表征;膜的表面化学组成采用X射线光电子能谱(XPS)测试;利用接触角测量仪(OCA20德国Dataphysics公司)在室温下进行接触角和滚动角测定,所用水滴均为3L,在样品的5个不同位置进行测定,取平均值.2结果与讨论2.1煅烧前后膜的组成分析图1为复合膜煅烧前后的XPS图.从图1(A)可以看出,煅烧前复合膜表面主要由C,O,Ti和N元素组成,与PVP/钛凝胶复合膜的组成符合.从图1(B)可以看出,煅烧后纤维表面N元素信号峰消失,纤维表面主要由C
8、,O,Ti和Si元素组成.这说明,煅烧过程选择性除去了PVP,表明复合膜煅烧后制备了表面含有Si和C的TiO2膜.因此,通过静电纺丝,同步煅烧硅油和PVP/钛凝胶复合膜的方法,可以制备被硅油高温分解物修饰的
