静电纺丝法制备BiFeO3纳米纤维及其表征

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铁酸铋(BiFeO3;BFO)是唯一的在室温下具有多铁性质的单相AB03型钙钛矿化合物,在新型多功能材料、新型磁-电传感器、自旋电子器件等领域存在巨大的潜力。纳米铁电材料对于未来的电子和信息技术的发展非常重要,与陶瓷块和薄膜相比,由于BFO纳米结构的比表面大幅度增加,低维的BFO在功能性能方面表现出显著的差异。聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)属于研究最广泛的温度敏感性高分子材料之一,由于PNIPAm在32-34℃(最低临界转换温度LCST)下可进行快速、可逆的相转换,且有良好的生物相容性,被广泛应用于特殊功能纤维及药物控制释放等领域,在传感器和分离领域具有良好的应用前景。在本文的研究工作中,采用基于溶胶凝胶的静电纺丝法制备BFO/PVP、BFO/PNIPAm纳米纤维,并对样品纺丝工艺参数对形貌的影响、化学成分、晶体结构、热稳定性、光学性质做系统的研究。首先使用基于溶胶凝胶的静电纺丝法成功制备了BFO/PVP纳米纤维。实验结果表明,500℃为BFO/PVP纤维最优退火温度且500℃下退火的样品与标准卡符合得很好,为纯相,属于钙钛矿结构。探究电压、收集器接收距离对静电纺BFO/PVP纳米纤维的影响,得到最优纺丝参数电压15 kV,接收距离为15 cm。通过紫外光谱分析计算带隙,分析样品带隙值变化原因。然后使用基于溶胶凝胶的静电纺丝法成功制备出BFO/PNIPAm纳米纤维。实验结果表明,经过500℃退火处理后的BFO/PNIPAm纳米纤维平均直径为477.15 nm,纤维粗细分布相对比较均匀,表面形貌平滑,比相同纺丝工艺的PNIPAm、BFO/PVP纳米纤维平均直径粗。BFO/PNIPAm纳米纤维均具有PNIP Am的特征峰,且退火后的BFO/PNIPAm纳米纤维出现钙钛矿结构BFO特征峰。BFO/PNIPAm比PNIPAm的分解温度增大了2.4℃,纤维的热稳定性增加,且LCST降低了0.9℃,降低了亲水作用,提高了PNIPAm的温敏性。BFO/PNIPAm比PNIPAm疏水性提高,表现出良好的温敏行为。
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