[发明专利]一种硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明属于纳米纤维膜技术领域，本发明提供了一种硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜及其制备方法，制备方法包含如下步骤：将正硅酸乙酯、无水乙醇和碳纳米管进行超声分散，得到分散液；将分散液、盐酸和水进行反应，反应液顺次进行静电纺丝、热处理即可。本发明的二氧化硅纳米纤维膜在制备过程中不使用高分子及其分散剂，添加的碳纳米管具有用量少的优势，制备出的纳米纤维膜不仅保留着二氧化硅纳米纤维膜原有的优良特性，而且还具有碳纳米管的诸多特性，两者结合有效的弥补了二氧化硅纳米纤维力学性能不足的缺点；本发明的碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜的断裂强度为二氧化硅纳米纤维膜断裂强度的150％以上。

技术领域

本发明涉及纳米纤维膜技术领域，尤其涉及一种硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

二氧化硅纳米纤维膜是极其重要的无机材料之一，由于其直径小，微孔多，比表面积大，表面吸附力强，表面能大，化学纯度高，热阻、电阻等方面具有优异的性能，并且具有优异的稳定性、补强性、增稠性和触变性，在众多学科及领域内应用广泛。但是，由于二氧化硅纳米纤维膜脆性大、使用高分子为模板剂静电纺丝纺出来的纤维具有潜在键合连续性差，并且纤维之间的粘连性比较小等缺点，所以二氧化硅纳米纤维膜的力学性能受到限制，不能在某些领域得到应用。研究者们采用了很多方法提升二氧化硅纳米纤维膜的力学性能以扩展其应用领域。目前大多数采用在二氧化硅纳米纤维中掺杂有机物纤维来提升其力学性能，虽能大幅度提高其力学性能，但含有机物纤维往往耐高温性差，这就失去了原二氧化硅纳米纤维耐高温的优势特性。

碳纳米管拥有着很高的耐高温特性，在二氧化硅纳米纤维中掺杂碳纳米管材料能够很好的保留着原二氧化硅纳米纤维耐高温的特性。碳纳米管具有良好的力学性能，其抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。

因此，制备一种拥有良好力学强度的碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜，具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术的不足而提供一种硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜及其制备方法，该方法添加的碳纳米管具有用量少的优势，解决高分子模板静电纺丝法制备的二氧化硅纳米纤维力学强度低的缺陷。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜的制备方法，包含如下步骤：

1)将正硅酸乙酯、无水乙醇和碳纳米管进行超声分散，得到分散液；

2)将分散液、盐酸和水进行反应，反应液顺次进行静电纺丝、热处理，得到硅胶无模板静电纺丝法碳纳米管/二氧化硅纳米纤维膜；

步骤1)所述正硅酸乙酯和碳纳米管的体积质量比为20～40mL：0.005～0.15g。

作为优选，步骤1)所述正硅酸乙酯和无水乙醇的体积比为20～40：10～25。

作为优选，所述碳纳米管为羧基化单壁碳纳米管、羧基化双壁碳纳米管或羧基化多壁碳纳米管。

作为优选，步骤1)所述超声分散的时间为5～20min，超声分散的功率为100～150W。

作为优选，步骤2)所述盐酸的质量分数为1～38％，步骤2)所述盐酸、水和步骤1)所述正硅酸乙酯的体积比为0.1～0.3：3.5～8.0：20～40。

作为优选，步骤2)所述反应的温度为70～90℃，反应的时间为0.5～1h。

作为优选，步骤2)所述热处理的温度为400～750℃，热处理的时间为1～4h。