静电纺丝技术制备LaF_PVP

论文导读:：采用静电纺丝技术，以硝酸镧、氟化铵、PVP和无水乙醇为原料，制备了LaF₃/LaOF复合纳米纤维。用X 射线衍射、扫描电镜等分析手段对制得的复合纳米纤维进行了表征。结果表明：所得产物为LaF₃/LaOF复合纳米纤维，平均直径为 150nm，长度>50μm。对 LaF₃/LaOF复合纳米纤维的形成机理进行了讨论。
论文关键词：静电纺丝，硝酸镧，氟化铵，PVP，纳米纤维

 

随着稀土应用研究的广泛和深入发展，稀土氟化物在新材料特别是功能材料研究方面，重要性日渐突现。LaF₃晶体具有低的声子能量,高的热和环境稳定性,被广泛用于发光基质材料^[1-4]。近几年，掺杂稀土的氟氧化物因其在光通讯方面的应用而发展了起来。这种材料可以提供低的声子能量^[5]。自从1993年首次报道以来，稀土离子在氟氧化物中的溶解性，热和环境稳定性的研究得到了很大发展^[6,7]。

目前，已见很多文献报道了用不同方法制备出稀土氟化镧纳米微粒^[8]、氟化镧薄膜^[9]、氟化镧纳米线^[10]等，未见有制备出氟化镧纳米纤维的相关报道。本文将稀土氟化物和氟氧化物的特点结合起来，用静电纺丝技术成功制备出LaF₃/LaOF复合纳米纤维PVP，并对其进行了结构表征，希望发现新的特性。

1 实 验

1.1 LaF₃ /PVP溶液的配制

(1)用电子天平称取一定量PVP，置于磨口烧瓶中，量取一定量无水乙醇，注入磨口烧瓶中，再放入磁力搅拌子,盖上瓶塞。将该磨口烧瓶置于磁力搅拌器上，常温下搅拌12小时杂志网。得到无色透明有一定黏度的PVP的乙醇溶液。

(2)称量一定量硝酸镧固体和氟化铵固体，放入烧杯中，加入少量去离子水，搅拌几分钟，生成白色沉淀。将沉淀加入到PVP溶液中，搅拌24小时，形成白色悬浊液，即为LaF₃/(PVP+乙醇)混合溶液。静置3小时，即可进行纺丝。

1.2 LaF₃/PVP纤维的制备

将适量制备好的不透明溶胶倒入注射器内，金属电极插入注射管前端。接收距离以毛细管尖端与接收板（铁丝网）的距离为准，为15cm，然后施加20kV的电压。接收时间为48h，得到一层纤维毡。此过程需要不断向容器内补充LaF₃/PVP复合溶液PVP，每隔约10min须用干净的滤纸擦拭毛细管管口。

1.3 LaF₃/LaOF复合纤维的制备

取上一步骤制备的纤维，将其平铺在坩埚或方舟内，放置于马弗炉中加热。升温速度控制在约0.5°C/min，分别在500°C，600°C，900°C保温10h，自然降温。高温焙烧之后，纤维体积减少，韧性差。样品在热处理中发生了很大的变化，处理前是白色的纤维，当达到500°C时，样品体积明显变小，呈浅灰色薄膜状。达到600°C时，样品体积明显变小，呈白色薄膜状。达到900°C时，样品体积明显变小，呈白色颗粒状。

1.4 测 试

采用S-4200型SEM进行纳米纤维形貌与直径分析；采用Y-2000型X射线衍射仪进行结构分析；采用SDT-2960型差热分析仪对样品进行热重分析和差热分析。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜分析(SEM)

无机-有机前躯体纤维以及经过不同温度煅烧的纤维的形貌如图1。其中(a)为前驱体纤维，由扫描电镜的照片可以看出，LaF₃/PVP复合纤维直径较大PVP，约为400nm，表面光滑，尺寸分布均一，彼此没有交连。而由经过焙烧后的 (b)可以看出，纤维中的PVP 逐渐分解，纤维产生非常明显的收缩，直径由原来400nm减小到200~250nm。纤维在热处理过程中，除了体积上的明显收缩以外，纤维出现弯曲杂志网。(c)可以看出，600°C时，PVP已分解完全，纤维没有因为高分子的分解而失去支撑，纤维直径约为150nm。 (d)可以看出900°C焙烧后纤维部分断裂，由颗粒堆积组成，说明焙烧温度过高不易得到纤维。

图1. LaF₃/PVP复合纤维及不同焙烧温度下样品的

SEM照片

(a) LaF₃/PVP复合纤维 (b) 500°C (c) 600°C (d) 900°C

2.2 XRD分析

将LaF₃/PVP复合纤维分别在500℃，600℃，900℃下焙烧，所得样品的X射线衍射见图2。由图中a,b,c可以看出，500℃时已经生成氟化镧晶体PVP，但是晶体发育还不完全，衍射峰不明显，基线比较杂乱。600℃时晶体发育比较好，但是部分氟化镧转变成了氟氧化镧，这是由于焙烧温度升高、焙烧时间延长所致。900℃时晶体发育完全，但是大部分氟化镧转变成了氟氧化镧，这是由于焙烧温度更高，时间更长所致。

图2. LaF₃/PVP复合纤维在不同焙烧温度下样品的XRD图

a.500°C b. 600°C c. 900°C

2.3 LaF₃/LaOF复合纳米的形成机理

3 结 论

(1)采用静电纺丝技术成功制备出大量的

LaF₃/LaOF复合纳米纤维，使无机纳米纤维的制备工艺大大简化，为一维结构纳米材料的深入研究奠定了坚实的基础。

(2) SEM 分析表明，得到的纤维平均直径150 nm，长度>50μm。

(3)XRD 分析表明，得到的纤维为LaF₃/LaOF复合纳米纤维。在600℃时晶体发育比较好，衍射峰比较强。

参考文献：
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