專利名稱：一種超疏水的磁性碳膜及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域，具體的說是涉及一種具有超疏水表面的磁性碳膜，以及利用靜電紡絲和低溫碳化技術(shù)，大規(guī)模、低成本地制備該超疏水的磁性碳膜的方法，以及該超疏水的磁性碳膜的用途。
背景技術(shù)：
自從1991年S.Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米材料以來，由于其具有獨(dú)特的導(dǎo)電性、極高的機(jī)械強(qiáng)度、較大的比表面積、較好的催化特性，較強(qiáng)的微波吸收能力引起了人們極大的關(guān)注。但是，由于其性能受其結(jié)構(gòu)的影響，限制了其在實(shí)際過程中的應(yīng)用。目前，通常采用填充或包覆有機(jī)、無機(jī)功能材料的方法，使其具有廣泛的應(yīng)用性。在填充功能材料中，由于磁性納米材料在磁記錄、納米探針、微波吸收等領(lǐng)域的應(yīng)用，使得磁性材料填充的碳納米材料成為研究熱點(diǎn)之一。磁性碳納米材料由于其固有的導(dǎo)電性和磁性，可廣泛應(yīng)用于改進(jìn)磁帶、傳感器、納米探針，吸波材料等領(lǐng)域(J.Jang，H.Yoon，Adv.Mater.2003，15，2088)。目前，已有大量的方法制備磁性碳納米材料，例如，濕化學(xué)法、電弧放電法、催化裂化法、模板法等。但是，上述制備磁性碳納米材料的方法有的成本高，有的產(chǎn)量低。更重要的是，在自然環(huán)境中，現(xiàn)有技術(shù)制備的磁性碳納米材料的導(dǎo)電性和磁性容易遭受雨水破壞，從而影響其正常使用；并且，材料表面很容易受到污染，而對(duì)它的處理需要耗費(fèi)大量的人力和物力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)制備的磁性碳納米材料的導(dǎo)電性和磁性容易遭受雨水破壞，從而影響其正常使用；且材料表面很容易受到污染，需要耗費(fèi)大量的人力和物力來處理的缺陷，從而利用具有接觸角大于150°的超疏水表面的材料可以防水、抗污染以及防止電流傳導(dǎo)等的特性，提供一種不僅具有磁性和導(dǎo)電性，而且具有超疏水性的、不易受污染和雨水破壞的含四氧化三鐵的超疏水的磁性碳膜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種利用靜電紡絲技術(shù)和低溫碳化技術(shù)，可大規(guī)模、低成本地制備上述超疏水的磁性碳膜的方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供上述超疏水的磁性碳膜的用途。
本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供一種超疏水的磁性碳膜，其為表面有球形突起的納米纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述的納米纖維的直徑為60～100納米，所述的球形突起的直徑為20～30納米。
本發(fā)明提供一種上述超疏水的磁性碳膜的制備方法，其利用了靜電紡絲技術(shù)和低溫碳化技術(shù)，具體步驟如下1)將聚合物加入到一定量的溶劑中，充分?jǐn)嚢枞芙猓频弥亓堪俜直葹?0～20wt％的聚合物溶液；所述的聚合物為聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯酯(PVAC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氯乙烯；所述的溶劑為去離子水或/和乙醇，或是選自N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃(THF)中的任意一種或兩種的混合溶劑；2)將鐵鹽加入到步驟1)配制的聚合物溶液中，配制含鐵鹽重量百分比為30～50wt％的前驅(qū)體溶液；所述的鐵鹽為醋酸亞鐵(FeAc2)、乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)、硝酸鐵(Fe(NO3)3)；3)將步驟2)制得的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8～20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10～25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其纖維直徑為90～200納米，其中的亞鐵鹽被大約20～30納米厚的聚合物所包覆；所述現(xiàn)有的紡絲裝置包括高壓直流電源、給液裝置、噴射裝置和接收裝置四部分；所使用的高壓直流電源的輸出電壓為0～30kV，給液裝置是通過重力給料，噴射裝置采用單噴射頭噴射，接收裝置為形狀各異的耐高溫導(dǎo)電收集器，例如導(dǎo)電硅片；4)將步驟3)得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在600～1000℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
本發(fā)明提供上述超疏水的磁性碳膜的用途1)本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜具有超疏水的自清潔作用，可用于防污、防水表面的處理。
2)本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜可用于傳感器、納米探針、抗靜電材料、抗電磁屏蔽、吸波材料。
3)本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜可以在任何形狀的耐高溫的基底上形成，并且由纖維的形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜的厚度可以通過電紡時(shí)間控制，以滿足不同應(yīng)用的需要。
本發(fā)明得到的超疏水的磁性碳膜是由表面具有球形突起的納米纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中納米纖維的直徑約為60～100納米，纖維表面的球形突起約為20～30納米。該碳纖維具有導(dǎo)電性和鐵磁性，其對(duì)水的接觸角為150.1±3.4°～156.5±2.3°，表現(xiàn)出高的超疏水特性。同時(shí)通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體中鐵鹽的含量和碳化溫度，可以控制磁性碳膜的磁性、導(dǎo)電性和纖維的形貌。此外，該磁性導(dǎo)電納米纖維形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膜的厚度可以通過紡絲時(shí)間來控制，以滿足對(duì)于不同性質(zhì)的需要。
本發(fā)明是以粗糙表面的超疏水性為依據(jù)，利用靜電紡絲技術(shù)和低溫碳化技術(shù)，首次制備了具有超疏水特性的磁性碳膜，其基本原理為將靜電場施加在前驅(qū)體混合溶液上，逐漸增加電場強(qiáng)度，當(dāng)電場強(qiáng)度克服溶液的表面張力是，溶液在噴射口形成Taylor錐，當(dāng)電場強(qiáng)度進(jìn)一步加大，前驅(qū)體溶液在噴射口形成噴射細(xì)流，伴隨著溶劑的揮發(fā)，前驅(qū)體納米纖維形成。由于靜電的自誘導(dǎo)作用，形成的前驅(qū)體納米纖維中的大部分的鐵鹽被大約20～30nm厚的聚合物表面所包覆。將該前驅(qū)體納米纖維置于惰性氣氛中進(jìn)行碳化，得到超疏水的磁性碳膜。由于前驅(qū)體納米纖維中過渡元素一鐵的存在，使碳化溫度大大降低。在纖維碳化的同時(shí)，鐵鹽被氧化還原得到磁性的四氧化三鐵。由于碳化過程中伴隨著脫氫、脫氮和芳構(gòu)化，使得纖維的直徑變小。
本發(fā)明的特點(diǎn)在于1)所得到的超疏水的磁性碳膜，是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，納米纖維的直徑約約為60～100納米，纖維表面球形突起約為20～30納米。
2)所得到的超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.31～5.6S/cm。
3)所得到的超疏水的磁性碳膜表現(xiàn)為鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度為50.27～62.8emu/g，矯頑力為50.2～150.7Oe。
4)所得到的超疏水的磁性碳膜對(duì)水的接觸角為150.1±3.4°～156.5±2.3°，呈現(xiàn)出超疏水特性。
5)通過改變前驅(qū)體溶液中鐵鹽的含量和碳化溫度，可以控制所得的超疏水的磁性碳納膜的磁性和導(dǎo)電性，以及組成該膜的纖維的形貌。
6)該制備方法裝置簡單，操作方便，成本低，重復(fù)性好，可適用于各種超疏水的功能碳膜的大規(guī)模制備。
7)所得到的超疏水的磁性碳膜適用于任何形狀的耐高溫基底，且膜的厚度可以通過電紡時(shí)間控制。
圖1為實(shí)施例1制備的前驅(qū)體復(fù)合膜的透射電子顯微鏡照片；圖2為實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的掃描電子顯微鏡照片；圖3為實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的透射電子顯微鏡照片；圖4為實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的X-射線衍射圖；圖5為實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的Cls的X光電子能譜；圖6為實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的磁滯回線；圖7為水滴在實(shí)施例1制備的超疏水的磁性碳膜的表面的靜態(tài)接觸角。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1、1.聚乙烯醇(PVA)加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚乙烯醇溶液。再加入醋酸亞鐵(FeAc2)，配制成含F(xiàn)eAc2重量百分比為30wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為180納米，其中的亞鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在600℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該前驅(qū)體復(fù)合膜表面的透射電子顯微鏡照片如圖1所示，該超疏水的磁性碳膜表面的掃描電子顯微鏡照片如圖2所示，該超疏水的磁性碳膜的透射電子顯微鏡照片如圖3所示，該超疏水的磁性碳膜的X-射線衍射圖如圖4所示，該超疏水的磁性碳膜的Cls的X光電子能譜如圖5所示，該超疏水的磁性碳膜的磁滯回線如圖6所示，水滴在該超疏水的磁性碳膜的表面的靜態(tài)接觸角照片如圖7所示。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為80納米，其表面的球形突起直徑約為20納米。該磁性碳膜的導(dǎo)電率為1.3S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為55.31emu/g、矯頑力(Hc)為150.7Oe，其對(duì)水的接觸角為156.5±2.3°。
實(shí)施例2、1.聚乙烯醇(PVA)加入到去離子水中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚乙烯醇溶液。再加入醋酸亞鐵(FeAc2)，配制成含F(xiàn)eAc2重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為200納米，其中的亞鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在700℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為100納米，其表面的球形突起直徑約為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.21S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為62.8emu/g、矯頑力(Hc)為150.72Oe，其對(duì)水的接觸角為153.8±2.0°。
實(shí)施例3、1.聚丙烯腈(PAN)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分?jǐn)嚢枞芙猓频弥亓堪俜直葹?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為30wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為200納米，其中的鐵鹽被大約20納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為90納米，其表面的球形突起直徑約為25納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為5.6S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為50.27emu/g、矯頑力(Hc)為150.73Oe，其對(duì)水的接觸角為151.8±1.8°。
實(shí)施例4、1.聚丙烯腈(PAN)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為190納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為90納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為2.6S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為59.03emu/g、矯頑力(Hc)為150.7Oe，其對(duì)水的接觸角為153.8±1.9°。
實(shí)施例5、1.聚苯乙烯(PS)加入到四氫呋喃(THF)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入硝酸鐵(Fe(NO3)3)，配制成含F(xiàn)e(NO3)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為10cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至18kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為100納米，其中的鐵鹽被大約20納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在800℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為65納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.6S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為58.03emu/g、矯頑力(Hc)為150.69Oe，其對(duì)水的接觸角為150.1±3.4°。
實(shí)施例6、1.聚苯乙烯(PS)加入到二氯甲烷(CH2Cl2)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入硝酸鐵(Fe(NO3)3)，配制成含F(xiàn)e(NO3)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為190納米，其中的鐵鹽被大約20納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為70納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.57S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為51.03emu/g、矯頑力(Hc)為150.32Oe，其對(duì)水的接觸角為153.1±2.4°。
實(shí)施例7、1.聚醋酸乙烯酯(PVAC)加入到乙醇中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為40wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為180納米，其中的鐵鹽被大約20納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在1000℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為60納米，其表面的球形突起約直徑為20納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.3S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為54.03emu/g、矯頑力(Hc)為150.3Oe，其對(duì)水的接觸角為153.1±1.7°。
實(shí)施例8、1.聚醋酸乙烯酯(PVAC)加入到乙醇中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為200納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在1000℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為100納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為5.2S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為62.8emu/g、矯頑力(Hc)為150.7Oe，其對(duì)水的接觸角為155.2±2.2°。
實(shí)施例9、1.聚醋酸乙烯酯(PVAC)加入到乙醇和水的混合溶劑中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至18kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為200納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為100納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為4.9S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為60.8emu/g、矯頑力(Hc)為149.8Oe，其對(duì)水的接觸角為154.7±2.1°。
實(shí)施例10、1.聚醋酸乙烯酯(PVAC)加入到乙醇和水的混合溶劑中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為40wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為180納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在800℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為90納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為2.3S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為55.8emu/g、矯頑力(Hc)為150.5Oe，其對(duì)水的接觸角為151.7±2.5°。
實(shí)施例11、1.聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到乙醇中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入醋酸亞鐵(FeAc2)，配制成含F(xiàn)eAc2重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為10cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為170納米，其中的亞鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在700℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為80納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.31S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為52.8emu/g、矯頑力(Hc)為150.7Oe，其對(duì)水的接觸角為152.3±2.1°。
實(shí)施例12、1.聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到乙醇和水的混合溶劑中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入醋酸亞鐵(FeAc2)，配制成含F(xiàn)eAc2重量百分比為30wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為10cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為160納米，其中的亞鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為70納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為3.2S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為54.6emu/g、矯頑力(Hc)為150.5Oe，其對(duì)水的接觸角為154.2±2.3°。
實(shí)施例13、1.聚氯乙烯(PVC)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入硝酸鐵(Fe(NO3)3)，配制成含F(xiàn)e(NO3)3重量百分比為30wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為100納米，其中的鐵鹽被大約20納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在700℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為60納米，其表面的球形突起約直徑為20納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.4S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為50.9emu/g、矯頑力(Hc)為150.5Oe，其對(duì)水的接觸角為150.9±2.7°。
實(shí)施例14、1.聚氯乙烯(PVC)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，充分?jǐn)嚢枞芙猓频弥亓堪俜直葹?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入乙酰丙酮鐵(Fe(Acc)3)，配制成含F(xiàn)e(Acc)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至20kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為200納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在800℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為19納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為2.8S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為55.2emu/g、矯頑力(Hc)為149.1Oe，其對(duì)水的接觸角為153.9±1.7°。
實(shí)施例15、1.聚苯乙烯(PS)加入到氯仿(CHCl3)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入硝酸鐵(Fe(NO3)3)，配制成含F(xiàn)e(NO3)3重量百分比為50wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為8cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至18kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為180納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在800℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為80納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.51S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為54.05emu/g、矯頑力(Hc)為150.62Oe，其對(duì)水的接觸角為153.6±1.7°。
實(shí)施例16、1.聚偏氯乙烯加入到氯仿(CHCl3)中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0wt％的聚丙烯腈溶液。再加入硝酸鐵(Fe(NO3)3)，配制成含F(xiàn)e(NO3)3重量百分比為40wt％的前驅(qū)體溶液。
2.將步驟1中制備的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離(針尖到接受裝置之間的距離)為10cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至20kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維，其直徑為170納米，其中的鐵鹽被大約30納米厚的聚合物所包覆。
3.將步驟2得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在900℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
該超疏水的磁性碳膜是由表面有球形突起的納米纖維構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中纖維直徑約為80納米，其表面的球形突起約直徑為30納米。該超疏水的磁性碳膜的導(dǎo)電率為0.51S/cm，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)為55.05emu/g、矯頑力(Hc)為150.6Oe，其對(duì)水的接觸角為155.1±1.9°。
權(quán)利要求
1.一種超疏水的磁性碳膜，其為表面有球形突起的納米纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所述的納米纖維的直徑為60～100納米，所述的球形突起的直徑為20～30納米。
2.一種權(quán)利要求1所述的超疏水的磁性碳膜的制備方法，其利用了靜電紡絲技術(shù)和低溫碳化技術(shù)，具體步驟如下1)將聚合物加入到一定量的溶劑中，充分?jǐn)嚢枞芙?，制得重量百分比?0～20wt％的聚合物溶液；所述的聚合物為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、或聚偏氯乙烯；所述的溶劑為去離子水或/和乙醇，或是選自N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃中的任意一種或兩種的混合溶劑；2)將鐵鹽加入到步驟1)配制的聚合物溶液中，配制含鐵鹽重量百分比為30～50wt％的前驅(qū)體溶液；所述的鐵鹽為醋酸亞鐵、乙酰丙酮鐵、或硝酸鐵；3)將步驟2)制得的前驅(qū)體溶液裝入現(xiàn)有的紡絲裝置的給液裝置中，將正電極插入溶液中，負(fù)電極連接在接地的接收裝置上，調(diào)節(jié)紡絲工作距離為8～20cm；開啟高壓電源，調(diào)節(jié)紡絲電壓至10～25kV，前驅(qū)體混合溶液在噴射裝置的噴絲口處形成Taylor錐，并在噴絲口裂分為噴射細(xì)流，伴隨著溶劑揮發(fā)，在接收裝置上得到固化的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維；4)將步驟3)得到的前驅(qū)體復(fù)合納米纖維置于管式爐中，在600～1000℃、純氬氣氣氛下，恒溫加熱8小時(shí)，碳化得到本發(fā)明的超疏水的磁性碳膜。
3.如權(quán)利要求2所述的超疏水的磁性碳膜的制備方法，其特征在于所述步驟3)的紡絲裝置包括高壓直流電源、給液裝置、噴射裝置和接收裝置四部分；所使用的高壓直流電源的輸出電壓為0～30kV，給液裝置是通過重力給料，噴射裝置采用單噴射頭噴射，接收裝置為形狀各異的耐高溫導(dǎo)電收集器。
4.權(quán)利要求1所述的超疏水的磁性碳膜在用于防污、防水表面的處理上的應(yīng)用。
5.權(quán)利要求1所述的超疏水的磁性碳膜在用于傳感器、納米探針、抗靜電材料、抗電磁屏蔽、或吸波材料上的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超疏水的磁性碳膜，其為表面有球形突起的納米纖維組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其中納米纖維的直徑為60～100納米，球形突起的直徑為20～30納米。該超疏水的磁性碳膜是利用靜電紡絲技術(shù)和低溫碳化技術(shù)制備而成。該超疏水的磁性碳膜具有導(dǎo)電性，導(dǎo)電率為0.31～5.6S/cm；其表現(xiàn)為鐵磁性，飽和磁化強(qiáng)度為50.27～62.8emu/g，矯頑力為50.2～150.7 Oe；其對(duì)水的接觸角為150.1±3.4°～156.5±2.3°，表現(xiàn)出高的超疏水特性。同時(shí)可通過調(diào)節(jié)前驅(qū)體中鐵鹽的含量和碳化溫度，控制磁性碳膜中纖維的形貌、和膜的磁性和導(dǎo)電性。該超疏水的磁性碳膜具有超疏水的自清潔作用，可用于防污、防水表面的處理；也可用于傳感器、納米探針、抗靜電材料、抗電磁屏蔽、吸波材料。
文檔編號(hào)B05D3/00GK1850356SQ200510066319
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者朱英, 張敬暢, 鄭詠梅, 翟錦, 江雷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所, 北京化工大學(xué)