本實用新型涉及靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的紡絲裝置。

背景技術(shù)：

隨著科技不斷進步與發(fā)展，傳統(tǒng)的單組分納米材料已不能滿足其在科技領(lǐng)域的應用要求。近年來，許多納米科技領(lǐng)域的研究者致力于復合納米材料的研究，將不同功能的納米材料，如力學性能優(yōu)異、熱學性能顯著的納米材料，借助某種技術(shù)將其復合，制備出功能化的納米材料。

石墨烯由碳原子以sp2雜化連接的單原子層構(gòu)成，是目前發(fā)現(xiàn)的最薄的二維材料。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，其片層結(jié)構(gòu)含有豐富的含氧基團，這種特殊的結(jié)構(gòu)使其蘊含了許多優(yōu)異的物理化學性質(zhì)，如高的比表面積和優(yōu)良的導熱性能、良好的生物相容性等。因結(jié)構(gòu)中含有豐富的含氧基團，氧化石墨烯可穩(wěn)定地分散在大多數(shù)極性有機溶劑中，這有利于氧化石墨烯與其它材料復合，增強材料的性能。目前，氧化石墨烯復合納米纖維在光學、催化、過濾以及細胞支架材料等領(lǐng)域得到廣泛應用。

制備氧化石墨烯復合納米纖維有多種方法，包括自組裝技術(shù)、化學氣相沉積法、靜電紡絲技術(shù)。與其他方法相比，靜電紡絲技術(shù)制備氧化石墨烯納米纖維具有操作簡單、制備工藝成熟等優(yōu)勢。盡管有研究組報道通過靜電紡絲技術(shù)成功制備出氧化石墨烯復合納米纖維，但是制備的氧化石墨烯納米纖維直徑部分不均勻且有串珠狀結(jié)構(gòu)，嚴重限制了氧化石墨烯復合材料的應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型的目的在于提供一種制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的紡絲裝置，該裝置操作簡單且制備的復合納米纖維形貌良好、無串珠結(jié)構(gòu)。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的紡絲裝置，包括靜電紡絲發(fā)生裝置、接收裝置、干燥裝置和封閉裝置，靜電紡絲發(fā)生裝置、接收裝置和干燥裝置均位于封閉裝置的內(nèi)部；所述靜電紡絲發(fā)生裝置包括高壓發(fā)生器、微量泵和針管，針管與微量泵相連通且在底端設有針管噴頭；所述接收裝置包括鋁箔紙，鋁箔紙位于所述針管噴頭的正下方；所述高壓發(fā)生器的正極與所述針管噴頭相連，高壓發(fā)生器的負極與所述鋁箔紙相連；所述干燥裝置的工作頭對應針管噴頭與接收裝置之間。

為實現(xiàn)針管噴頭與鋁箔紙之間的垂直距離可調(diào)，一種可選擇的技術(shù)方案為：所述鋁箔紙設置在操作平臺上，所述操作平臺的下方設有調(diào)節(jié)操作平臺高度的第一升降裝置。在鋁箔紙下方設置可調(diào)節(jié)高度的操作平臺，可以實現(xiàn)鋁箔紙的上下移動，從而調(diào)整針管噴頭與鋁箔紙之間的垂直距離。

為實現(xiàn)針管噴頭與鋁箔紙之間的垂直距離可調(diào)，另一種可選擇的技術(shù)方案為：所述針管安裝在第二升降裝置上，第二升降裝置帶動針管上下移動。將針管安裝在第二升降裝置上，可實現(xiàn)針管的上下移動，從而調(diào)整針管噴頭與鋁箔紙之間的垂直距離。

進一步的技術(shù)方案為：所述針管噴頭上套置有一環(huán)形電極。在針管噴頭上設置環(huán)形電極，在高壓發(fā)生器產(chǎn)生高壓后，在針管噴頭與接收裝置之間形成固定的電場區(qū)域，提升所制得的納米纖維的形貌和品質(zhì)。環(huán)形電極可采用鋁箔紙制成。

進一步的技術(shù)方案為：所述第一升降裝置包括絲杠和螺母套，所述絲杠安裝在操作平臺底面的四個角處，所述螺母套分別與絲杠相配合，所述螺母套同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述絲杠做往復直線運動。

一種可選擇的第一升降裝置的驅(qū)動方案為：所述螺母套通過驅(qū)動齒輪進行驅(qū)動，兩個相鄰的驅(qū)動齒輪之間設置有傳動齒輪以實現(xiàn)驅(qū)動齒輪同步旋轉(zhuǎn)，主動驅(qū)動齒輪與搖柄之間通過錐齒輪傳動機構(gòu)相連接。

另一種可選擇的第一升降裝置的驅(qū)動方案為：所述螺母套通過驅(qū)動蝸輪進行驅(qū)動，兩個相鄰的驅(qū)動蝸輪之間設置有傳動蝸輪以實現(xiàn)驅(qū)動蝸輪同步旋轉(zhuǎn)，主動驅(qū)動蝸輪與搖柄之間通過蝸輪蝸桿機構(gòu)相連接，搖柄安裝在蝸桿的末端。

錐齒輪傳動機構(gòu)或者蝸輪蝸桿機構(gòu)在傳遞動作的過程中，改變了動作的傳遞方向，便于人們的操作。

進一步的技術(shù)方案為：所述第二升降裝置包括絲杠和螺母套，所述絲杠活動安裝在底座上，所述螺母套與所述絲杠相配合，所述針管安裝在螺母套上，絲杠原位旋轉(zhuǎn)帶動螺母套做往復直線運動。

第一升降裝置和第二升降裝置均采用絲杠傳動副，精確度高，維護簡單，使用壽命長，可以實現(xiàn)微小距離的調(diào)整。

進一步的技術(shù)方案為：所述干燥裝置的工作頭為250W紅外線燈泡。采用紅外線燈泡作為干燥裝置，成本低廉，干燥效果好，易于操作。

進一步的技術(shù)方案為：所述針管噴頭與所述鋁箔紙之間的垂直距離為15～20cm，所述針管噴頭的出液流量為1.0～3.0ml/h，所述鋁箔紙的大小為20～30cm²。當各項數(shù)據(jù)在上述范圍時，制備出的納米纖維品質(zhì)好，且降低裝置的成本。

所述的密封裝置為可打開的有機玻璃罩。有機玻璃罩既能將裝置與外界隔離，又不影響對裝置工作過程的觀察，在制備工作的準備階段，可將有機玻璃罩打開，調(diào)整操作平臺的高度以及針管噴頭與鋁箔紙之間的距離等，準備工作完成后，裝置工作過程中，應使用有機玻璃罩將裝置與外界隔離。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型的一種制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的紡絲裝置，通過高壓發(fā)生器產(chǎn)生高壓，在針管噴頭與接受裝置之間形成電場區(qū)域，增加干燥裝置后，可快速除去噴射流中的溶劑，同時也有效地避免了較高濕度對制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的不利影響。該裝置設計簡單且巧妙合理，所制得的氧化石墨烯復合納米纖維形貌良好、無串珠結(jié)構(gòu)，直徑分布均勻。

2、針管噴頭與鋁箔紙之間的距離可以調(diào)節(jié)，根據(jù)不同的情況設置不同的距離，使用靈活、操作簡便，提升所制備的復合納米纖維的品質(zhì)。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型實施例所制得的制得的氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維的掃描電鏡圖。

圖中：1針管，2環(huán)形電極，3干燥裝置，4鋁箔紙，5操作平臺，6高壓發(fā)生器，7封閉裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的描述：

實施例一：

如圖1所示，制備氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜的紡絲裝置，包括靜電紡絲發(fā)生裝置、接收裝置、干燥裝置3和封閉裝置7，靜電紡絲發(fā)生裝置、接收裝置和干燥裝置3均位于封閉裝置7的內(nèi)部；所述靜電紡絲發(fā)生裝置包括高壓發(fā)生器6、微量泵和針管1，針管1與微量泵相連通且在底端設有針管噴頭；所述接收裝置包括鋁箔紙4，鋁箔紙4位于所述針管噴頭的正下方；所述高壓發(fā)生器6的正極與所述針管噴頭相連，高壓發(fā)生器6的負極與所述鋁箔紙4相連；所述干燥裝置3的工作頭對應針管噴頭與接收裝置之間。

為實現(xiàn)針管噴頭與鋁箔紙之間的垂直距離可調(diào)，所述鋁箔紙4設置在操作平臺5上，所述操作平臺5的下方設有調(diào)節(jié)操作平臺5高度的第一升降裝置。在鋁箔紙4下方設置可調(diào)節(jié)高度的操作平臺5，可以實現(xiàn)鋁箔紙4的上下移動，從而調(diào)整針管噴頭與鋁箔紙4之間的垂直距離。

所述針管噴頭上套置有一環(huán)形電極2。在針管噴頭上設置環(huán)形電極2，在高壓發(fā)生器6產(chǎn)生高壓后，在針管噴頭與接收裝置之間形成固定的電場區(qū)域，提升所制得的納米纖維的形貌和品質(zhì)。環(huán)形電極2可采用鋁箔紙制成。

所述第一升降裝置包括絲杠和螺母套，所述絲杠安裝在操作平臺5底面的四個角處，所述螺母套分別與絲杠相配合，所述螺母套同步旋轉(zhuǎn)驅(qū)動所述絲杠做往復直線運動。

所述螺母套通過驅(qū)動齒輪進行驅(qū)動，兩個相鄰的驅(qū)動齒輪之間設置有傳動齒輪以實現(xiàn)驅(qū)動齒輪同步旋轉(zhuǎn)，主動驅(qū)動齒輪與搖柄之間通過錐齒輪傳動機構(gòu)相連接。

所述干燥裝置3的工作頭為250W紅外線燈泡。采用紅外線燈泡作為干燥裝置3，成本低廉，干燥效果好，易于操作。

針管1的材質(zhì)為玻璃或者塑料材料，所述針管噴頭與所述鋁箔紙之間的垂直距離為15～20cm，所述針管噴頭的出液流量為1.0～3.0ml/h，所述鋁箔紙的大小為20～30cm²。當各項數(shù)據(jù)在上述范圍時，制備出的納米纖維品質(zhì)好，且降低裝置的成本。

所述的密封裝置7為可打開的有機玻璃罩。有機玻璃罩既能將裝置與外界隔離，又不影響對裝置工作過程的觀察，在制備工作的準備階段，可將有機玻璃罩打開，調(diào)整操作平臺的高度以及針管噴頭與鋁箔紙4之間的距離等，準備工作完成后，裝置工作過程中，應使用有機玻璃罩將裝置與外界隔離。

當針管1充滿溶液后，通過微量泵將液體推出，在電場力作用下，紡絲液從針管噴頭位置噴出，首先形成泰勒錐，然后形成氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維，在到達接收裝置后，復合納米纖維沉積在鋁箔紙4上，隨著時間不斷增加，最終形成氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜。

使用本實施例的裝置制備四氧化三鐵納米纖維的具體操作過程如下：

采用本實例的裝置，量取5ml的N,N二甲基甲酰胺于螺口玻璃瓶中，加入5mg氧化石墨烯，將螺口玻璃瓶旋緊后用封口膜封口，超聲振蕩15分鐘，制得氧化石墨烯分散液；稱取0.40g聚丙烯腈原絲加入到氧化石墨烯分散液中，在55℃、180r/min下磁力加熱攪拌12小時，制得紡絲溶液；將紡絲溶液靜置5小時以除去溶液中的氣泡，將高壓發(fā)生器6的電壓調(diào)至15kV，接收距離：操作平臺5上的鋁箔紙4與針管噴頭的垂直距離為15cm，出液流量為1.0mL/h，鋁箔紙4的大小為20cm²，在搭建的靜電紡絲裝置中進行電紡，即得氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜，其掃描電鏡圖如圖2所示。

實施例二：

本實施例與實施例一相同的特征不再贅述，本實施例與實施例一不同的特征在于：本實施例中，所述螺母套通過驅(qū)動蝸輪進行驅(qū)動，兩個相鄰的驅(qū)動蝸輪之間設置有傳動蝸輪以實現(xiàn)驅(qū)動蝸輪同步旋轉(zhuǎn)，主動驅(qū)動蝸輪與搖柄之間通過蝸輪蝸桿機構(gòu)相連接，搖柄安裝在蝸桿的末端。

當針管1充滿溶液后，通過微量泵將液體推出，在電場力作用下，紡絲液從針管噴頭位置噴出，首先形成泰勒錐，然后形成氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維，在到達接收裝置后，復合納米纖維沉積在鋁箔紙4上，隨著時間不斷增加，最終形成氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜。

使用本實施例的裝置制備四氧化三鐵納米纖維的具體操作過程如下：

采用本實例的裝置，量取5ml的N,N二甲基甲酰胺于螺口玻璃瓶中，加入7.5mg氧化石墨烯，將螺口玻璃瓶旋緊后用封口膜封口，超聲振蕩15分鐘，制得氧化石墨烯分散液；稱取0.60g聚丙烯腈原絲加入到氧化石墨烯分散液中，在55℃、180r/min下磁力加熱攪拌12小時，制得紡絲溶液；將紡絲溶液靜置5小時以除去溶液中的氣泡，將高壓發(fā)生器6的電壓調(diào)至15kV，接收距離：操作平臺5上的鋁箔紙4與針管噴頭的垂直距離為20cm，出液流量為3.0mL/h，鋁箔紙4的大小為30cm²，在搭建的靜電紡絲裝置內(nèi)進行電紡，即得氧化石墨烯包裹聚丙烯腈復合納米纖維膜。

本實用新型中，對于針管噴頭與鋁箔紙4之間垂直距離的調(diào)節(jié)，不限于采用實施例所述的設置操作平臺5和第一升降裝置的方式，還可以將所述針管1安裝在第二升降裝置上，第二升降裝置帶動針管1上下移動。將針管1安裝在第二升降裝置上，可實現(xiàn)針管1的上下移動，從而調(diào)整針管噴頭與鋁箔紙4之間的垂直距離。所述第二升降裝置包括絲杠和螺母套，所述絲杠活動安裝在底座上，所述螺母套與所述絲杠相配合，所述針管1安裝在螺母套上，絲杠原位旋轉(zhuǎn)帶動螺母套做往復直線運動。

本實用新型中，第一升降裝置和第二升降裝置不限于絲杠和螺母套，還可以采用液壓缸、氣缸、電動推桿、直線電機等其他的升降裝置。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不是本實用新型的全部實施例，不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。

除說明書所述技術(shù)特征外，其余技術(shù)特征均為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知技術(shù)。