[發(fā)明專利]一種金屬微/納米管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410514217.4
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN104264283A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉景全;田鴻昌;康曉洋;何慶;楊斌;陳翔;楊春生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F9/10
• 分類號(hào): D01F9/10;D01D5/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 徐紅銀;郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微、納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的微/納米結(jié)構(gòu)制備方法，具體地，涉及一種金屬微/納米管制備方法。

背景技術(shù)

納米科學(xué)與技術(shù)在近些年發(fā)展迅速，多種多樣的納米材料與納米結(jié)構(gòu)因其獨(dú)有的優(yōu)越性能被應(yīng)用于能源、醫(yī)療、電子等多個(gè)領(lǐng)域的研究和制造當(dāng)中。金屬微/納米管作為納米材料，在前沿科技領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，包括：微納電子器件制造、能源采集與儲(chǔ)存和生物醫(yī)學(xué)診斷與治療。然而多數(shù)納米材料和納米結(jié)構(gòu)制備過程復(fù)雜、成品率低、成本高，納米技術(shù)更進(jìn)一步的發(fā)展因而受到限制。由于具有制備過程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、成本低等方面的優(yōu)勢(shì)，近些年來利用靜電紡絲的方式制備納米材料受到研究者們的廣泛關(guān)注。利用靜電紡絲方式制備的金屬微/納米管制造工藝簡(jiǎn)單，能夠以較低成本制備出較多數(shù)量的不同種類金屬微/納米管。制備出的金屬微/納米管擁有比表面積大、可靈活變換材質(zhì)與尺寸、中空導(dǎo)通等獨(dú)特性能，可應(yīng)用于微納電子制造、能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換、生物醫(yī)學(xué)診斷治療等多項(xiàng)領(lǐng)域。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Zhang-Qi?Feng等在POLYMER.54(2013)702-708撰文“Highly?aligned?poly(3,4-ethylene?dioxythiophene)(PEDOT)nano-and?microscale?fibers?and?tubes”(“高度對(duì)齊的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)納米和微米纖維和管”《聚合物》)。該文獻(xiàn)中提及了一種新型導(dǎo)電聚合物納米和微米纖維和管及其制備技術(shù)。該技術(shù)通過在滾筒極板上靜電紡絲和導(dǎo)電聚合物單體液相原位聚合的方法制備一致方向的導(dǎo)電聚合物微米管。其缺點(diǎn)在于單純導(dǎo)電聚合物材料微米管力學(xué)性能較差，易發(fā)生破損和碎裂；液相原位聚合形成導(dǎo)電聚合物微米管壁厚尺寸不易精確控制，且制備的導(dǎo)電聚合物管外徑為微米尺寸，不歸為納米材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種金屬微/納米管制備方法，所述的金屬微/納米管制備方法工藝過程簡(jiǎn)單，使用靜電紡絲和濺射金屬制備工藝易于精確控制制備的金屬微/納米管材質(zhì)和參數(shù)，金屬微/納米管的壁厚和內(nèi)徑尺寸參數(shù)分別能夠通過調(diào)整濺射金屬厚度和紡絲直徑控制得到，有利于大量重復(fù)生產(chǎn)制造。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種金屬微/納米管制備方法，包括如下步驟：

第一步、將可降解聚合物材料溶解于紡絲溶劑中，形成均一穩(wěn)定的紡絲溶液；

第二步、將第一步制得的紡絲溶液灌入帶有金屬針頭的注射器中，通過注射泵以一速度勻速將紡絲溶液從注射器針頭中推出，通過在金屬注射針頭和接收極板之間形成的高壓電場(chǎng)將紡絲溶液牽引到接收極板上，形成微/納米紡絲；

第三步、在第二步得到的微/納米紡絲表面濺射金屬；

第四步、在有機(jī)溶劑中溶解掉可降解聚合物材料，得到金屬微/納米管。

優(yōu)選地，第一步中：

所述的可降解聚合物材料為聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙二醇(PEG)和聚乳酸-乙醇酸(PLGA)及其共聚物中任一項(xiàng)，所選可降解聚合物材料均較為容易獲得，較為容易配成紡絲溶液便于后步靜電紡絲步驟實(shí)施，并且較為容易溶解在有機(jī)溶劑中便于后步溶解步驟實(shí)施；

所述的紡絲溶劑為三氯甲烷(氯仿)、二甲基甲酰胺(DMF)或兩者的混合物，所選紡絲溶劑適合于上述可降解聚合物材料溶解形成紡絲溶液，且較為容易獲得；

所述的均一穩(wěn)定的紡絲溶液為聚合物材料溶解在紡絲溶劑當(dāng)中濃度分布均勻無固體顆粒，所選紡絲溶液狀態(tài)便于后步靜電紡絲步驟形成均勻尺寸的紡絲。

優(yōu)選地，第一步中，所述的溶解為使用攪拌和加熱使聚合物溶解在溶劑中，所選溶解方法有利于可降解聚合物材料快速溶解與紡絲溶劑中。

優(yōu)選地，第二步中；

所述的金屬針頭為內(nèi)徑為0.1毫米至2毫米的不銹鋼中空管針頭，所選技術(shù)針頭尺寸有利于后步靜電紡絲過程中形成設(shè)定直徑尺寸的紡絲，且有利于高壓電場(chǎng)形成；

所述的微/納米紡絲為直徑為10納米至10微米的紡絲，所選紡絲直徑尺寸范圍直接決定制備出的金屬微/納米管的內(nèi)徑；

所述的金屬注射針頭和接收極板之間形成的高壓電場(chǎng)為使用高壓源正極與金屬注射針頭相連、接收極板與地極相連，正極和地極之間形成的高壓電場(chǎng)，電場(chǎng)強(qiáng)度為0.1千伏/厘米至5千伏/厘米，所選電場(chǎng)配置有利于形成上述直徑尺寸范圍的靜電紡絲；

所述的一速度為0.01毫升/小時(shí)至10毫升/小時(shí)，所選速度有利于形成上述直徑尺寸范圍的靜電紡絲。