靜電紡絲制備Al2O3陶瓷納米纖維

孟永德

(韓山師范學院，廣東 潮州 521041)

一、前言

靜電紡絲工作原理：在靜電紡絲過程中，噴射裝置中裝滿了充電的聚合物溶液或熔融液。在外加電場作用下，受表面張力作用而保持在噴嘴處的高分子液滴。在電場誘導下，液滴表面聚集電荷，受到一個與表面張力方向相反的電場力。當電場逐漸增強時，噴嘴處的液滴由球狀被拉長為錐狀，形成所謂的泰勒錐(Taylorcone)。而當電場強度增加至一個臨界值時，電場力就會克服液體的表面張力，噴射流從泰勒錐中噴出。噴射流在高電場的作用下發(fā)生震蕩而不穩(wěn)定，產(chǎn)生頻率極高的不規(guī)則性螺旋運動。在高速震蕩中，噴射流被迅速拉細，溶劑也迅速揮發(fā)，最終形成直徑在納米級的纖維，并以隨機的方式散落在收集裝置上，形成無紡布。

氧化鋁纖維也稱做多晶莫來石纖維。與碳纖維、碳化硅纖維等非氧化物纖維相比，氧化鋁纖維不僅具有高強度、高模量、耐高溫等優(yōu)良性能。而且，還有很好的高溫抗氧化性，耐腐蝕性和電絕緣性。氧化鋁纖維可與樹脂、金屬或陶瓷進行復合，所制備的高性能復合材料在航空、航天、軍工及高科技領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。氧化鋁纖維的生產(chǎn)工藝比較簡單，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)條件要求也不高。與碳纖維相比，氧化鋁纖維的制備成本要低很多，這使得氧化鋁纖維的大量應(yīng)用成為可能。

二、制備方法

(一)儀器與試劑

儀器：靜電紡絲設(shè)備、磁力攪拌器、燒杯(100mL)、磁子、量筒(100mL)、電子天平。

試劑：羥鋁基氯化物、聚乙烯醇(分子量：130，000)，以上試劑均為化學純。實驗過程中，所用水均為蒸餾水。

(二)實驗步驟

(1)10%聚乙烯醇溶液的制備

稱量1克聚乙烯醇，放入到燒杯中，加入10ml蒸餾水。在80℃加熱攪拌，直至聚乙烯醇完全溶解。

(2)羥鋁基氯化物與聚乙烯醇混合液的的制備

在上述10%的聚乙烯醇溶液中，加入5克羥鋁基氯化物，室溫下，攪拌1小時，得到羥鋁基氯化物與聚乙烯醇混合液。

(3)Al2O3陶瓷納米纖維的制備

所得混合液放置2天后，用靜電紡絲設(shè)備制備Al2O3陶瓷納米纖維。所得產(chǎn)品放置在陶瓷坩堝中，在1100℃高溫烘箱中加熱1小時，得到Al2O3陶瓷納米纖維。

(4)Al2O3陶瓷納米纖維的表征

利用掃描電鏡(SEM)觀測所得纖維的形貌。直徑分布范圍。利用EDS能譜儀分析所得纖維的元素組成。

三、結(jié)語

本文采用靜電紡絲方法，制備出Al2O3陶瓷納米纖維。所得產(chǎn)物做為結(jié)構(gòu)陶瓷，具有潛在的應(yīng)用價值。