專利名稱：一種氣體傳感器纖維膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料及其制備方法，更具體地，是一種傳感器纖維膜 及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料，尤其是無機(jī)納米材料，被廣泛應(yīng)用于催化劑，氣體傳感器，電池特別是 太陽能電池以及其他技術(shù)和新應(yīng)用中。結(jié)晶型復(fù)合物的晶體尺寸、晶體形狀、表面積以及孔 隙率會(huì)對(duì)其功能特性產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的精確控制對(duì)發(fā)展新型納米材 料和納米技術(shù)是至關(guān)重要的。高溫處理?xiàng)l件下想保留小晶粒尺寸和納米孔徑、阻止晶粒長(zhǎng)大并使其高密度化是 非常困難的?？墒菤怏w傳感器和固體氧化物燃料電池的常規(guī)操作溫度就在幾百攝氏度左 右，這使得對(duì)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)的要求更高了。曾有人提出幾種抑制晶粒生長(zhǎng)和致密化的方法，其 中包括兩步燒結(jié)技術(shù)，分子加帽，在無孔模板沉積，熱水處理和表面接枝有機(jī)分子等，但效 果都不甚理想。因此，迫切需要找到一種在高溫條件下制備穩(wěn)定的無孔結(jié)構(gòu)的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種靈敏度高、選擇性高且在高溫下可穩(wěn)定維持微孔結(jié)構(gòu)的 氣體傳感器纖維膜及其制備方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的針對(duì)靜電紡絲技術(shù)能生產(chǎn)有機(jī)或無機(jī)纖維， 且在靜電紡絲過程中，水解、縮合、預(yù)凝膠等反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致纖維形態(tài)和微結(jié)構(gòu)改變的特點(diǎn)，通 過將有機(jī)高分子溶液和無機(jī)分子溶液混合后進(jìn)行靜電紡絲，得到復(fù)合纖維材料，再經(jīng)熱壓 和煅燒，使得復(fù)合纖維材料成膜，并使有機(jī)成分分解、無機(jī)成分氧化結(jié)晶，形成金屬氧化物 納米粒子，提供一種高靈敏、高選擇性且可穩(wěn)定維持微孔結(jié)構(gòu)的氣體傳感器纖維膜，且整個(gè) 制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。本發(fā)明的氣體傳感器纖維膜，由復(fù)合纖維材料熱壓而成，所述復(fù)合纖維由重均分 子量為5 50萬的有機(jī)高分子以及無機(jī)分子構(gòu)成，其中，所述有機(jī)高分子選自聚醋酸乙 烯酯(PVAc)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物 (PLGA)以及聚己內(nèi)酯(PCL)；所述無機(jī)分子選自醋酸錫(Sn(CH3COO)2)、氯化鈀(PdCl2)、氯 化鈉(NaCl)、醋酸鈣(Ca (CH3COO) 2)、氯化鋅(ZnCl2)。本發(fā)明的制備氣體傳感器纖維膜的方法，包括如下步驟(1)配制有機(jī)高分子溶液將有機(jī)高分子材料溶于水或有機(jī)溶劑，配制成質(zhì)量百 分濃度為2 50%的有機(jī)高分子溶液；優(yōu)選地，所述高分子材料所對(duì)應(yīng)的溶劑分別為聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于二甲基 甲酰胺(DMF) ；PEO溶于水；PVA溶于水或丙酮或水和丙酮的混合液；聚乳酸(PLA)溶于二甲 基甲酰胺(DMF)或二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合液；聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)溶 于二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合液；聚己內(nèi)酯(PCL)溶于丙酮或四氫呋喃或丙酮和二甲基甲酰胺(DMF)的混合液。(2)配制無機(jī)分子溶液將無機(jī)分子材料溶于水或有機(jī)溶劑，配制成質(zhì)量濃度為 1 30%的無機(jī)分子溶液；優(yōu)選地，所述無機(jī)分子材料所對(duì)應(yīng)的溶劑分別為醋酸錫(Sn(CH3COO)2)溶于二 甲基甲酰胺(DMF)和醋酸的混合液；氯化鈀(PdCl2)溶于水或丙酮；氯化鈉(NaCl)溶于 水或二甲基甲酰胺(DMF)；醋酸鈣(Ca(CH3COO)2)溶于二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亞砜 (DMSO)；氯化鋅(ZnCl2)溶于二甲基亞砜(DMSO)或二甲基亞砜(DMSO)與水的混合液。(3)制備復(fù)合纖維材料將所述有機(jī)高分子溶液和無機(jī)分子溶液混合均勻得到靜 電紡絲液，并注入單針頭經(jīng)典紡絲裝置中，在電壓為10 30KV，溶液流量為10 IOOyL/ min，接收距離為5 25cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，利用具有特征微結(jié)構(gòu)的基材進(jìn)行接收， 得到直徑為50nm 500nm的復(fù)合纖維材料；(4)熱壓成膜將上述復(fù)合纖維材料用預(yù)熱金屬板在50 100°C下熱壓1 10分 鐘后，在450 600°C下高溫煅燒0. 5 2小時(shí)，得到氣體傳感器纖維膜。優(yōu)選地，本發(fā)明的制備氣體傳感器纖維膜的方法采用的具有特征微結(jié)構(gòu)的基材選 自二氧化硅/硅晶片和氧化鋁陶瓷中的一種或兩種。按照本發(fā)明的方法制備氣體傳感器纖維膜，利用靜電紡絲的方法制備納米結(jié)構(gòu)復(fù) 合纖維材料，工藝簡(jiǎn)單、易于操作且成本低，采用不同的收集方式，能得到具有不同層次結(jié) 構(gòu)的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合纖維材料；在靜電紡絲過程中，發(fā)生的水解、縮合、預(yù)凝膠等反應(yīng)會(huì)導(dǎo) 致纖維形態(tài)和微結(jié)構(gòu)的改變，得到復(fù)合纖維材料，在后續(xù)的煅燒過程中，有機(jī)成分分解，無 機(jī)成分氧化結(jié)晶形成金屬氧化物納米粒子，存在于纖維中，從而導(dǎo)致高度多孔結(jié)構(gòu)的生成， 表現(xiàn)出納米孔和相對(duì)較大的孔雙孔并排存在的情形，這種獨(dú)特的形態(tài)有利于氣體或液體的 滲透進(jìn)入，從而使得采用本發(fā)明的氣體傳感器纖維膜制備的氣體傳感器具有高靈敏度，且 在高溫條件下也能穩(wěn)定維持該微孔結(jié)構(gòu)；通過對(duì)無機(jī)分子的選擇，可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的氣體傳 感器纖維膜的高選擇性，在催化劑、氣體傳感器、光學(xué)透明器件和光電化學(xué)電池等領(lǐng)域有廣 泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式以下描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但并非用以限定本發(fā)明。實(shí)施例1:按照如下方法制備氣體傳感器纖維膜(1)配制有機(jī)高分子溶液將5g聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于二甲基甲酰胺(DMF)， 配制成質(zhì)量百分濃度為50%的有機(jī)高分子溶液；(2)配制無機(jī)分子溶液將0. 5g醋酸錫、0. 5g氯化鈀溶于二甲基甲酰胺(DMF)與 丙酮等體積混合的混合液，配制成質(zhì)量濃度為5%的無機(jī)分子溶液；(3)制備復(fù)合纖維材料將所述有機(jī)高分子溶液和無機(jī)分子溶液混合均勻得到 靜電紡絲液，并注入單針頭經(jīng)典紡絲裝置中，在電壓為13KV，通過注射泵控制溶液流量為 lOOyL/min，接收距離為15cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，采用具有特征微結(jié)構(gòu)的二氧化硅/ 硅晶片和氧化鋁陶瓷基材作為基板接收，得到直徑為200nm的復(fù)合纖維材料；(4)熱壓成膜將上述復(fù)合纖維材料用預(yù)熱金屬板在80°C下熱壓1分鐘后，在450 600°C下高溫煅燒1小時(shí)，得到氣體傳感器纖維膜。 實(shí)踐證明，本發(fā)明的氣體傳感器纖維膜具有高靈敏、高選擇的特點(diǎn)，且在高溫條件 下能穩(wěn)定維持微孔結(jié)構(gòu)，且制備工藝簡(jiǎn)單、易于操作、成本低。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器纖維膜，其特征在于，由復(fù)合纖維材料熱壓而成，所述復(fù)合纖維由重 均分子量為5 50萬的有機(jī)高分子以及無機(jī)分子構(gòu)成，其中，所述有機(jī)高分子選自聚醋酸 乙烯酯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己內(nèi)酯；所述無機(jī)分子 選自醋酸錫、氯化鈀、氯化鈉、醋酸鈣、氯化鋅。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的氣體傳感器纖維膜的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)配制有機(jī)高分子溶液將有機(jī)高分子材料溶于水或有機(jī)溶劑，配制成質(zhì)量百分濃 度為2 50%的有機(jī)高分子溶液；(2)配制無機(jī)分子溶液將無機(jī)分子材料溶于水或有機(jī)溶劑，配制成質(zhì)量濃度為1 30%的無機(jī)分子溶液；(3)制備復(fù)合纖維材料將所述有機(jī)高分子溶液和無機(jī)分子溶液混合均勻得到靜電紡 絲液，并注入單針頭經(jīng)典紡絲裝置中，在電壓為10 30KV，溶液流量為10 lOOyL/min， 接收距離為5 25cm的條件下進(jìn)行靜電紡絲，利用具有特征微結(jié)構(gòu)的基材進(jìn)行接收，得到 直徑為50nm 500nm的復(fù)合纖維材料；(4)熱壓成膜將上述復(fù)合纖維材料用預(yù)熱金屬板在50 10(TC下熱壓1 10分鐘 后，在450 600°C下高溫煅燒0. 5 2小時(shí)，得到氣體傳感器纖維膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備氣體傳感器纖維膜的方法，其特征在于，所述具有特征 微結(jié)構(gòu)的基材選自二氧化硅/硅晶片和氧化鋁陶瓷中的一種或兩種。全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體傳感器纖維膜及其制備方法，所述氣體傳感器纖維膜由復(fù)合纖維材料熱壓而成，所述復(fù)合纖維由重均分子量為5～50萬的有機(jī)高分子以及無機(jī)分子構(gòu)成，其中，所述有機(jī)高分子選自聚醋酸乙烯酯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己內(nèi)酯；所述無機(jī)分子選自醋酸錫、氯化鈀、氯化鈉、醋酸鈣、氯化鋅，通過將有機(jī)高分子材料和無機(jī)分子分別配制成溶液再混合成靜電紡絲液后，依次進(jìn)行靜電紡絲、熱壓以及高溫煅燒等工藝，制得氣體傳感器纖維膜，具有超靈敏、高選擇性的特點(diǎn)，且在高溫下可維持微孔結(jié)構(gòu)，且制備方法簡(jiǎn)單、易于操作，在眾多領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)D04H3/00GK102071540SQ20101054738
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者李立藏, 申孟芝, 許杉杉, 韓志超 申請(qǐng)人:無錫中科光遠(yuǎn)生物材料有限公司