本發(fā)明屬于紡織材料技術領域，具體涉及一種液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維及其制備方法。
背景技術：
二氧化鈦是由氧元素與鈦元素組成的二元化合物，具有優(yōu)異的光響應性、無毒、穩(wěn)定、成本低、對環(huán)境好，還具有抗菌除臭抗紫外等多種性能，而且有研究表明，納米級的二氧化鈦的具有塊體材料所不具有的性能，如小尺寸效應，表面效應和量子尺寸效應等。
二氧化鈦納米纖維是一種具有多晶結構的氧化鈦纖維，經紡絲、燒結/溶解制備的二氧化鈦纖維為網狀多孔型納米纖維連續(xù)的二氧化鈦纖維具有強度高、韌性好、耐水流氣流沖擊等性能，可以被運用于服裝、光催化、污染防控等多個領域。但是二氧化鈦也具有帶隙寬等缺點，將二氧化鈦與其他載體相復合有望得到性能更加優(yōu)異的二氧化鈦復合材料。
中國專利CN 103121712B公開的一種以纖維素纖維為模板制備超長纖維狀二氧化鈦的方法，將天然纖維分散液中依次加入四氯化鈦、硫酸銨、鹽酸和氨水，加熱攪拌陳化，得到附著二氧化鈦的天然纖維，將附著二氧化鈦的天然纖維經清洗干燥后，高溫燒結，出去天然纖維，得到超長纖維狀二氧化鈦。該方法制備的超長狀二氧化鈦受然然纖維的長度和直徑限制，長度為毫米或厘米級，直徑為微米級，二氧化鈦的應用仍受到很大程度的限制。中國專利CN 104549201A公開的光催化劑氧化石墨烯摻雜二氧化鈦納米纖維及其制備方法和應用，將二氧化鈦凝膠纖維經高溫燒結得到二氧化鈦納米纖維，再將二氧化鈦納米纖維分散在乙醇中，并加入氧化石墨烯，得到氧化石墨烯摻雜的二氧化鈦納米纖維，利用氧化石墨烯提高光催化反應中的光電轉化效率。中國專利CN 104383947A公開的一種磷酸銀/二氧化鈦納米復合材料及其制備方法，首先利用靜電紡絲技術將酞酸丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、二甲基甲酰胺及酸溶液制備形成二氧化鈦納米纖維，將二氧化鈦納米纖維分散于去離子水中，加入銀鹽和磷酸二氫鹽，避光攪拌，得到負載磷酸銀納米顆粒的二氧化鈦納米纖維，使材料在紫外光和可見光區(qū)域都具有較強的催化活性。
由上述現有技術可知，目前對二氧化鈦納米纖維的改性大多是在二氧化鈦納米纖維附著功能性物質提高二氧化鈦的光催化性能，對于二氧化鈦納米纖維本身的機械性能方面研究的很少。
技術實現要素：
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維及其制備方法，利用高分子量的PVP與二氧化鈦前驅體作為原料，經靜電紡絲技術納米二氧化鈦連續(xù)纖維，然后納米二氧化鈦連續(xù)纖維浸漬于液體金屬中進行燒結，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米纖維。本發(fā)明的制備方法簡單，制備的纖維既具有納米材料的特性，又具有液態(tài)金屬和二氧化鈦的高強度、導熱導電、抗靜電、抗菌、光催化等性能。
為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：
一種液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維，所述液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維包括液態(tài)金屬和二氧化鈦，所述二氧化鈦形成網狀結構，所述液態(tài)金屬填充于網狀結構的縫隙，所述液態(tài)金屬為鈉鉀鋁鎂的混合物。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維是經靜電紡絲、浸漬和高溫燒結方法制備而成。
本發(fā)明還提供一種液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
(1)將高分子量的PVP溶于去離子水中，攪拌均勻，滴加鈦的前驅體溶液，充分攪拌，形成靜電紡絲液；
(2)將步驟(1)制備的靜電紡絲液置于注射器中，施加高壓，利用錫箔紙接收得到二氧化鈦納米纖維；
(3)將液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將步驟(2)制備的二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，高溫燒結，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，高分子量的PVP的相對分子量為30000-50000。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，鈦的前驅體溶液的質量分數為5-15％，滴加速度為2-3ml/min。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，靜電紡絲液中PVP、鈦的前驅體和去離子水的質量比為10-20:5-8:50-80。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，高壓的強度為15-25kV，接受距離為20-25cm，注射器的推進速度為5-10ml/h。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，二氧化鈦納米纖維的直徑為500-800nm，長度不低于50cm。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，液態(tài)金屬溶液中鈉鉀鋁鎂的重量比為1:1:5:3。
作為上述技術方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，高溫燒結的溫度條件為：以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至450-500℃，保溫2-3h，自然降溫至200℃。
與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明制備的液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維中二氧化鈦因燒結成網絡狀，含有許多孔隙，液態(tài)金屬填充到孔隙中，形成復合纖維，燒結后的二氧化鈦纖維的強度和韌性下降較大，液態(tài)金屬不僅彌補了二氧化鈦纖維機械強度不足，還賦予二氧化鈦納米纖維導電導熱等性能。
(2)本發(fā)明制備的液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維采用高分子量的PVP作為高分子量基底制備納米二氧化鈦連續(xù)纖維，未燒結之前的納米二氧化鈦纖維的機械性能良好，直徑均勻，形態(tài)好，有利于燒結后二氧化鈦納米纖維的直徑和形態(tài)的完好。
(3)本發(fā)明制備的液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維將未燒結的納米二氧化鈦纖維浸漬于液態(tài)金屬中，將PVP燒結后留下的縫隙瞬時填充液態(tài)金屬，防止空氣的滲透，而且液態(tài)金屬的滲透更加有利于二氧化鈦由銳鈦晶型向金紅石晶型方向轉變，有利于提高二氧化鈦納米纖維的光催化性能。
具體實施方式
下面將結合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。
實施例1：
(1)按重量份計，將10份的相對分子量為30000的PVP溶于50份的去離子水中，攪拌均勻，以2ml/min的流速滴加含5份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為5％，以750rpm充分攪拌30min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以5ml/h的速度推進，施加15kV的高壓，在距離20-25cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為500nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至450℃，高溫燒結保溫2h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例2：
(1)按重量份計，將20份的相對分子量為50000的PVP溶于80份的去離子水中，攪拌均勻，以3ml/min的流速滴加含8份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為15％，以1000rpm充分攪拌60min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以10ml/h的速度推進，施加25kV的高壓，在距離25cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為800nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至500℃，高溫燒結保溫3h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例3：
(1)按重量份計，將15份的相對分子量為40000的PVP溶于60份的去離子水中，攪拌均勻，以2.5ml/min的流速滴加含6份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為8％，以800rpm充分攪拌40min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以6ml/h的速度推進，施加20kV的高壓，在距離22cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為600nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至480℃，高溫燒結保溫2.5h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例4：
(1)按重量份計，將13份的相對分子量為35000的PVP溶于60份的去離子水中，攪拌均勻，以2.3ml/min的流速滴加含6份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為12％，以950rpm充分攪拌50min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以6ml/h的速度推進，施加18kV的高壓，在距離20cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為560nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至480℃，高溫燒結保溫2.5h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例5：
(1)按重量份計，將10份的相對分子量為50000的PVP溶于80份的去離子水中，攪拌均勻，以3ml/min的流速滴加含7份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為13％，以1000rpm充分攪拌50min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以6ml/h的速度推進，施加20kV的高壓，在距離25cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為800nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至500℃，高溫燒結保溫2h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例6：
(1)按重量份計，將20份的相對分子量為40000的PVP溶于80份的去離子水中，攪拌均勻，以2ml/min的流速滴加含8份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為5％，以1000rpm充分攪拌30min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以10ml/h的速度推進，施加15kV的高壓，在距離20cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為800nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至500℃，高溫燒結保溫2h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例7：
(1)按重量份計，將10份的相對分子量為50000的PVP溶于80份的去離子水中，攪拌均勻，以2.7ml/min的流速滴加含5份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為13％，以750rpm充分攪拌40min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以10ml/h的速度推進，施加15kV的高壓，在距離25cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為600nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至450℃，高溫燒結保溫2.5h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
實施例8：
(1)按重量份計，將20份的相對分子量40000的PVP溶于75份的去離子水中，攪拌均勻，以2.5ml/min的流速滴加含7.5份的鈦的前驅體的溶液，鈦的前驅體的溶液的質量分數為8％，以800rpm充分攪拌60min，形成靜電紡絲液。
(2)將靜電紡絲液置于注射器中，以10ml/h的速度推進，施加20kV的高壓，在距離20cm處，利用錫箔紙接收得到直徑為700nm，長度不低于50cm二氧化鈦納米纖維。
(3)將重量比為1:1:5:3的鈉鉀鋁鎂液態(tài)金屬粉末熔融形成液態(tài)金屬溶液，將二氧化鈦納米纖維轉移到液態(tài)金屬溶液中，完全浸沒二氧化鈦納米纖維，置于高溫燒結爐中，以室溫為起點，以10℃/min的速率升高至500℃，高溫燒結保溫3h，自然降溫至200℃，取出，靜置，得到液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維。
經檢測，實施例1-8制備的液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維的機械性能、光催化性、抗菌、抗紫外性能的結果如下所示：
由上表可見，本發(fā)明制備的液態(tài)金屬/二氧化鈦納米連續(xù)纖維的機械強度良好，光催化、抗菌和抗紫外性能較好。
上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。