论文部分内容阅读
无机纳米纤维因具有耐高温、轻质、高强、绝缘性好、化学稳定性好、使用寿命长等优异性能在高温过滤、传感、自清洁等领域表现出了巨大的应用潜力。静电纺丝技术作为一种能够直接、连续制备纳米纤维的重要方法而被普遍采用,目前通过静电纺丝技术制备无机纳米纤维种类繁多,然而其普遍存在的脆性大的缺点大大限制了其应用范围。超疏水材料因其具有自清洁的功能特性引起了科研人员的极大兴趣,从而成为近年来材料表面修饰研究的热点,具有超疏水特性的材料在日常生活中有着广泛的应用,如能源、军事、医疗、服装、汽车等行业均对超疏水材料产生极大的需求。针对目前静电纺无机纳米纤维的脆性难以应用的问题,本文旨在开发一种柔韧且具有超疏水性能的无机纳米纤维膜材料,在提高无机纳米纤维使用性能的同时也为其应用研究开拓了一个新方向。本文采用静电纺丝技术,以正硅酸乙酯为硅源、聚乙烯醇为聚合物载体,结合溶胶凝胶法、高温煅烧技术制备了柔韧的二氧化硅纳米纤维,然后将合成的含氟苯并噁嗪(F-BZ)与Si02纳米颗粒在纤维膜上进行原位聚合,制备了柔韧耐高温且具有超疏水性能的Si02改性纤维膜。通过O.5wt%含氟聚苯并噁嗪(F-PBZ)与2wt%SiO2纳米颗粒的修饰,原本超亲水的SiO2纤维膜转变为接触角高达161°、滚动角为5°的超疏水纤维膜。通过对纤维膜的表面形貌研究发现,纤维膜所具有的超疏水性能是F-PBZ的表面修饰和SiO2纳米颗粒构筑的微纳米多级粗糙结构共同作用的结果。采用一系列测试手段对F-PBZ与SiO2纳米颗粒修饰的SiO2纤维膜的内部结构进行表征,证实了纤维膜具有多级粗糙结构,引用Cassie模型对纤维膜的润湿性进行分析发现其表面粗糙因子f2为0.940。此外,本课题通过弯曲刚度和拉伸性能测试发现,F-PBZ与SiO2纳米颗粒修饰的SiO2纤维膜能自由弯曲和回复,弯曲刚度小(B=0.0127gf.cm),断裂强度大(Pb=2.19MPa),断裂伸长率大(εb=5.55%),测试过程中无裂纹,具有较好的柔韧性。同时,该纤维膜在450℃高温处理下仍具有疏水性能,是一种典型的耐高温超疏水材料,这种新型无机纤维膜在高温过滤、自清洁、催化剂载体和油水分离等领域均具有潜在的应用前景。为了拓展SiO2纤维膜的应用范围,首次制备了二氧化硅积碳纤维膜,其含碳量高达10%,有望应用于半导体、碳纤维材料等领域。