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功能化聚酰亚胺纳米纤维制备及其性能研究

韩捷  
【摘要】:近年来,通过静电纺丝制备聚酰胺酸(PAA)前驱体纳米纤维然后再进行酰亚胺化通常称为静电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维,制备的PI纤维已引起越来越多的兴趣。本文介绍了静电纺PI纳米纤维的制备,评价和应用。由于具有优异的机械性能和热稳定性以及易于调节的分子结构,PI已被广泛用于与电子,航空航天,汽车和其他行业有关的许多应用。而本论文分别研究静电纺纳米纤维复合二氧化钛(TiO_2)纳米棒,氧化锌(ZnO)纳米棒,二硫化钼(MoS_2)纳米片,二氧化钛与二硫化钼复合物以及氧化锌与二硫化钼复合物,最终得到的复合结构纳米纤维。我们研究在不同光照条件下利用复合结构静电纺纳米纤维降解有机染料—亚甲基蓝(MB)溶液和其光催化机理研究。本文采用均苯四甲酸酐(PMDA)和4,4'-二氨基二苯醚(4,4'-ODA)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中进行低温缩聚得到聚酰胺酸(PAA)溶液并进行静电纺丝。纺丝后的纤维需静置处理,处理后的纤维通过高温酰亚胺化就得到PI纳米纤维。并对纤维进行傅里叶红外光谱表征PAA和PI纤维的酰胺化程度,通过动态流变性能分析其储能模量,热失重分析所得纤维材料的热稳定性能。本文利用水热法在PI纳米纤维上采用种子层-水热生长方法生长ZnO纳米棒以及直接用水热法生长TiO_2纳米棒,两种复合纤维的形貌都类似于鞭炮的结构。然后在两种复合纤维的纳米棒上再通过水热法复合上MoS_2纳米片,最终分别得到三者复合的纤维。同时通过一系列测试,如场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)分析,X射线衍射(XRD)分析,能谱(EDS)分析,X射线光电子能谱(XPS)分析,紫外可见光漫反射(UV-Vis DRS)分析等。通过FE-SEM分析其结构为纤维上负载纳米棒,纳米棒上再负载MoS_2纳米片,形成了纳米纤维-纳米棒-纳米片的多级结构复合纤维。这样有效的避免了纳米结构的团聚,提高比表面积,提高光催化反应的接触面积。而经过XRD,EDS分析可以确认纳米棒和纳米片都负载在纳米纤维上和负载上的物质的类型。XPS分析可以对得到的复合纤维上的纳米棒和纳米片进行表面元素组成分析,同时避免纤维上的元素带来的干扰。再通过漫反射分析,其无机氧化物复合物构成异质结,其导带变短,其吸收光向可见光方向移动,产生红移效应。通过紫外光吸收光谱分析PI-TiO_2-MoS_2复合纳米纤维在紫外光(365nm)条件下进行光催化亚甲基蓝溶液,在180min后的降解效率分别为95%,对比同样时间内PI-TiO_2的降解率为70%。通过可见光(380-780nm)照射PI-ZnO-MoS_2复合纳米纤维,其在90min的降解率为92%,同样时间内PI-ZnO的降解率仅为68%。这说明MoS_2-TiO_2以及MoS_2-ZnO所形成的异质结通过会提高复合材料的光催化能力。


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