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等离子体处理电纺纤维的制备及其应用

贾露  
【摘要】:随着纳米技术的发展,纳米纤维作为一维纳米材料具有广阔的应用前景。静电纺丝是制备连续纳米纤维的一种最简单有效的方法。随着对静电纺丝技术的深入研究和纳米科技的飞速发展,纳米纤维的功能化变得尤为重要。基于此,研究者们开发了许多纳米纤维功能化的方法以提高其性能,但这些方法大多都比较耗时、操作过程繁琐且有化学残留。本课题引入了一种绿色、简单、可控、低成本、无污染、高效且通用的纤维功能化的方法——等离子体技术处理纳米纤维,并将得到的纳米纤维用于SERS检测以及染料吸附领域。主要研究内容如下:1.通过空气等离子体对聚乳酸(PLLA)电纺纤维进行改性,在不改变纤维形貌和本身性质的同时,在其表面引入了亲水性的含氧基团。通过非原位法,将合成的Ag纳米粒子(Ag NPs)通过静电力的作用成功地组装在等离子体处理后的PLLA电纺纤维(pPLLA)上,得到p PLLA-Ag NPs复合纤维。当以此复合纤维作为SERS基底时,纤维表现出良好的SERS增强效果,而且SERS信号具有很好的可重复性和灵敏性。为了证明等离子体改性技术制备复合电纺纳米纤维的方法的普适性,我们又成功地将Ag NPs组装在等离子体改性的聚丙烯腈(PAN)电纺纤维上。2.通过空气等离子体刻蚀PLLA电纺纤维膜制备了一种阳离子型染料吸附剂。带正电荷的亚甲基蓝染料通过静电力的作用快速地吸附在了等离子体刻蚀的PLLA纤维膜上,这种快速的吸附主要归因于等离子体刻蚀后纤维的比表面积增加以及活性吸附位点的增多。此外,等离子体刻蚀的时间以及染料的初始浓度都会对吸附性能造成一定的影响。进一步的实验数据表明,该染料吸附的吸附动力学符合拟二级动力学模型,而等温平衡方程符合Langmuir模型,这说明单分子层的亚甲基蓝染料是以化学作用的方式被吸附在吸附剂上的。等离子体刻蚀的PLLA电纺纤维膜还表现出很好的可重复利用性和选择吸附能力。3.通过对PAN/AgNO_3电纺纤维进行氩气等离子体处理,制得了PAN/Ag纳米纤维,并对其SERS性能进行了研究。通过调控刻蚀功率和时间以及硝酸银含量,得到了具有最佳SERS增强效果的PAN/Ag纳米纤维。拉曼光谱结果表明,PAN/Ag纳米纤维上的SERS信号具有良好的可重复性和灵敏性。为了证明等离子体辅助制备纳米粒子负载的电纺纳米纤维的方法具有普适性,我们还使用空气等离子体处理PAN/HAuCl4电纺纤维,获得了具有良好SERS增强效果的PAN/Au纳米纤维。


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