本發(fā)明屬于光電微納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種中空結(jié)構(gòu)的銦錫氧化物(ITO)微納米纖維的制備方法。

背景技術(shù)：
隨著對納米材料研究的發(fā)展，一些新型的納米結(jié)構(gòu)也逐漸得到了深入的研究，其中最為廣泛的是中空結(jié)構(gòu)的納米纖維。中空結(jié)構(gòu)的納米纖維是由許多納米粒子形成的直徑在納米或微米級別并具有中空腔的纖維狀納米材料。與其他結(jié)構(gòu)的材料相比，中空結(jié)構(gòu)的納米纖維表現(xiàn)出優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，比如高的比表面積、高通量、低密度等。其中空腔是包裹各種功能材料的最佳載體，所得到的中空狀體系就構(gòu)成了多種功能的納米纖維。另外，銦錫氧化物(ITO)本身具有優(yōu)良的透明導(dǎo)電性能，使ITO中空微納米纖維較適用于光、電催化，傳感器，納米流體等領(lǐng)域。近年來，制備具有較高比表面積的中空纖維已越來越受重視，很多研究致力于此結(jié)構(gòu)納米材料的制備。中空納米纖維的制備方法主要包括熱致相分離法、溶劑致相分離法和靜電紡絲法等。熱致相分離法是將聚合物與高沸點的非溶劑在高溫下混合，形成均相溶液，然后在擠出的過程中降溫，聚合物和稀釋劑因溫度下降而產(chǎn)生相分離，形成中空纖維膜，隨后用乙醇等有機溶劑對纖維膜中殘留的稀釋劑進行清洗，如[ZL98807444.3]所述。熱致相分離法的不足在于對紡絲工藝的控制要求較高，需精確控制稀釋劑與聚合物之間的相分離過程。X.Xia等人將氯化錫和PVP溶于乙醇與DMF的混合溶液中，通過靜電紡絲法制備出納米纖維，由于雙溶劑的揮發(fā)速度不同導(dǎo)致氯化錫與PVP產(chǎn)生相分離，在經(jīng)過后續(xù)的高溫煅燒過程得到了SnO2中空纖維，該方法需選用揮發(fā)速度不同的雙溶劑。常用的溶液紡絲法主要為同軸靜電紡絲法。[201310024342.2]是將紡絲溶液注入同軸噴絲頭的外管，通空氣進入內(nèi)管，進行同軸靜電紡絲，此方法操作簡單，但是需要特制的具有內(nèi)外管狀結(jié)構(gòu)的噴絲頭，采用兩相體系，對靜電紡絲中的參數(shù)的控制更為嚴格。離心力紡絲是近幾年興起的一種可制備納米纖維的方法，其原理主要為：當(dāng)噴絲器在高速旋轉(zhuǎn)的過程中產(chǎn)生的離心力克服聚合物的表面張力時，聚合物溶液或熔體便形成射流，射流在經(jīng)過拉伸細化的過程中溶劑揮發(fā)或固化形成纖維。在原料的選擇上，離心力不再受材料極性的限制，因此離心紡絲可選擇無機鹽含量較高的紡絲液，從而經(jīng)過后續(xù)的煅燒得到中空結(jié)構(gòu)的ITO微納米纖維。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制備ITO中空微納米纖維的方法。該方法利用離心紡絲法，選用水為紡絲溶液的唯一溶劑。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是：提供一種制備ITO中空微納米纖維的方法，包括以下步驟：(1)將無機鹽加入水中，以磁力攪拌至全部溶解；再加入聚合物攪拌均勻，制成紡絲溶液；所述無機鹽是In(NO3)3·4.5H2O與SnCl4·5H2O的混合物，其摩爾質(zhì)量比為In(NO3)3·4.5H2O∶SnCl4·5H2O＝10∶1；所述聚合物為聚乙烯吡烙烷酮(PVP)，其用量是In(NO3)3·4.5H2O的質(zhì)量的1/2；(2)將紡絲溶液用注射器注入噴絲器中，以針尖角度為45°的點膠針頭作為噴絲器的噴嘴，在點膠針頭和收集板之間施加以5kV的電壓(用于收集纖維)；使噴絲器保持在2000rpm的恒定轉(zhuǎn)速進行紡絲，紡絲所得的ITO/PVP復(fù)合纖維沉積于收集板表面；(3)將ITO/PVP復(fù)合纖維置于馬弗爐中進行煅燒：以1℃/min的速度升溫至600～800℃，保溫2h后隨爐體自然降溫至室溫，得到ITO中空微納米纖維。本發(fā)明中，制備所獲的ITO中空微納米纖維：外徑為1000～1300nm，孔徑為350～1100nm，壁厚為100～325nm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明的制備方法簡單，工藝條件易實現(xiàn)，可適用于多種無機微納米纖維的紡絲。(2)本發(fā)明制備得到的微納米纖維具備高通量的特點，在傳感器等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。(3)本發(fā)明選擇的溶劑為水，在確保實驗安全環(huán)保的同時進一步增加了ITO納米纖維應(yīng)用于生活中的電子元器件領(lǐng)域的安全性和可能性。附圖說明圖1是實施例1中的中空ITO納米纖維的SEM圖(放大倍數(shù)為7000倍)。圖2是實施例2中的中空ITO納米纖維的SEM圖(放大倍數(shù)為7000倍)。圖3是實施例3中的中空ITO納米纖維的SEM圖(放大倍數(shù)為7000倍)。具體實施方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實現(xiàn)方式進行闡述。實施例1：制備ITO中空微納米纖維的方法，包括以下步驟：(1)將無機鹽加入水中，以磁力攪拌至無機鹽全部溶解，再加入聚合物攪拌均勻，制成紡絲溶液；所述無機鹽是In(NO3)3·4.5H2O與SnCl4·5H2O的混合物，按摩爾質(zhì)量比In(NO3)3·4.5H2O∶SnCl4·5H2O＝10∶1準(zhǔn)確稱取原料，所述聚合物為聚乙烯吡烙烷酮(PVP)，其質(zhì)量比為In(NO3)3·4.5H2O∶PVP＝2∶1；(2)將紡絲溶液用注射器注入噴絲器中，以針尖角度為45°的點膠針頭作為噴絲器的噴嘴，在點膠針頭和收集板之間施加5kV的電壓對纖維起到收集的作用，噴絲器保持在2000rpm的恒定轉(zhuǎn)速進行紡絲，在收集板上沉積一層ITO/PVP復(fù)合纖維；(3)將復(fù)合纖維置于馬弗爐中進行煅燒，以1℃/min的升溫速度，升溫至600℃保溫2h，然后隨爐體自然降溫至室溫，得到ITO中空微納米纖維；本實施例制備所獲的ITO中空微納米纖維：外徑平均值為1000nm，孔徑平均值為350nm，壁厚平均值為325nm。實施例2制備ITO中空微納米纖維的方法，包括以下步驟：(1)將無機鹽加入水中，以磁力攪拌至無機鹽全部溶解，再加入聚合物攪拌均勻，制成紡絲溶液；所述無機鹽是In(NO3)3·4.5H2O與SnCl4·5H2O的混合物，按摩爾質(zhì)量比In(NO3)3·4.5H2O∶SnCl4·5H2O＝10∶1準(zhǔn)確稱取原料，所述聚合物為聚乙烯吡烙烷酮(PVP)，其質(zhì)量比為In(NO3)3·4.5H2O∶PVP＝2∶1；(2)將紡絲溶液用注射器注入噴絲器中，以針尖角度為45°的點膠針頭作為噴絲器的噴嘴，在點膠針頭和收集板之間施加5kV的電壓對纖維起到收集的作用，噴絲器保持在2000rpm的恒定轉(zhuǎn)速進行紡絲，在收集板上沉積一層ITO/PVP復(fù)合纖維；(3)將復(fù)合纖維置于馬弗爐中進行煅燒，以1℃/min的升溫速度，升溫至700℃保溫2h，然后隨爐體自然降溫至室溫，得到ITO中空微納米纖維；本實施例制備所獲的ITO中空微納米纖維：外徑平均值為1300nm，孔徑平均值為1100nm，壁厚平均值為100nm。實施例3制備ITO中空微納米纖維的方法，包括以下步驟：(1)將無機鹽加入水中，以磁力攪拌至無機鹽全部溶解，再加入聚合物攪拌均勻，制成紡絲溶液；所述無機鹽是In(NO3)3·4.5H2O與SnCl4·5H2O的混合物，按摩爾質(zhì)量比In(NO3)3·4.5H2O∶SnCl4·5H2O＝10∶1準(zhǔn)確稱取原料，所述聚合物為聚乙烯吡烙烷酮(PVP)，其質(zhì)量比為In(NO3)3·4.5H2O∶PVP＝2∶1；(2)將紡絲溶液用注射器注入噴絲器中，以針尖角度為45°的點膠針頭作為噴絲器的噴嘴，在點膠針頭和收集板之間施加5kV的電壓對纖維起到收集的作用，噴絲器保持在2000rpm的恒定轉(zhuǎn)速進行紡絲，在收集板上沉積一層ITO/PVP復(fù)合纖維；(3)將復(fù)合纖維置于馬弗爐中進行煅燒，以1℃/min的升溫速度，升溫至800℃保溫2h，然后隨爐體自然降溫至室溫，得到ITO中空微納米纖維；本實施例制備所獲的ITO中空微納米纖維：外徑平均值為1200nm，孔徑平均值為800nm，壁厚平均值為200nm。以上舉例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實驗方式并不受上述實施例的限制，還可以有多種無機材料中空纖維的制備，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。