本發明屬于生物高分子納米纖維、光電子材料及電化學催化領域，涉及一種以電場誘導光致還原金屬離子同步制備納米纖維的技術，具體是利用內置有平行電場的高壓靜電紡絲裝置及高壓汞燈進行靜電紡絲，從而制得表面富集金屬納米粒子的納米纖維。

背景技術：

靜電紡絲法是一種簡單而強大的技術，利用靜電排斥力牽引聚合物溶液或熔體制備直徑范圍從幾十納米到微米的一維納米材料。當一個高電壓施加于收集裝置及噴絲頭之間，聚合物溶液或熔體的液滴在噴絲頭底部形成帶電液滴并且液滴表面布滿了感應電荷，形成了一個圓錐形液滴也被稱為泰勒錐。然后，在靜電引力的影響下，當所施加的電壓電位引起的力克服了聚合物溶液或熔體表面張力，帶射流將從針尖噴出，緊隨其后的是一個復雜拉伸和攪打過程，攜帶電荷之間斥力作用使其最終形成了長線。最后，射流進一步拉伸和變薄并伴隨其中的溶劑揮發，纖維得以形成。納米纖維具有比表面積大，長徑比大的特點，廣泛的應用于生物醫藥、光電子材料及催化領域。

尺寸小于100nm的金屬納米粒子因量子尺寸效應，高比表面積和高表面能從而具有與宏觀金屬不同的特性。目前的金屬納米粒子的制備方法主要有物理法、化學法、物理化學法及綜合法。具體而言有惰性氣體蒸發凝聚法、化學還原法、等離子體法、氣相化學反應法、射線輻照法反相微乳液法等。隨著科學技術的不斷發展，金屬納米粒子及其制備的復合材料在冶金、化工、輕工等領域呈現出及其重要的應用價值。

聚合物/納米金屬復合材料因其在消毒、催化、過濾及生物醫療領域具有重要的應用價值而備受關注。它的優點主要體現在(1)與單一的金屬納米組分相比，聚合物能夠在一定程度上防止納米粒子的團聚；(2)容易回收，有利于減小納米材料對環境的破壞；(3)可以將聚合物和納米材料的特點相結合，賦予聚合物/納米金屬復合材料更好的性能。目前，聚合物/納米金屬復合材料，尤其是納米纖維/納米金屬復合材料已經得到了廣泛的研究，如中國專利cn103614863a電紡聚乙烯醇和硝酸銀的混合溶液，利用羥基的還原性實現在紡絲的同時將銀離子還原成銀納米粒子；中國專利cn104111246a電紡聚丙烯腈和硝酸銀的混合溶液，再用水合肼還原銀納米粒子；電紡聚乙烯吡咯烷酮，利用β環糊精作為還原劑制備含金納米粒子的納米纖維[baij,yangq,lim,etal.preparationofcompositenanofiberscontaininggoldnanoparticlesbyusingpoly(n-vinylpyrrolidone)andβ-cyclodextrin[j].materialschemistry&physics,2011,111(2):205-208.]等。

技術實現要素：

本實驗的目的在于提供自制紡絲裝置從而產生平行電場，誘導金屬離子快速遷移產生相分離聚集在纖維表面，同步給予紫外光照還原金屬離子，所制備的表面富集金屬納米粒子的納米纖維在生物材料、光電子材料及催化領域有著潛在的應用價值。

本發明電場誘導光致還原金屬離子同步制備納米纖維包括以下步驟：

(1)將聚合物及光引發劑在相應的溶劑中加熱攪拌溶解，得到混合溶液；

(2)在上述混合液中加入一定量的金屬鹽，室溫下攪拌溶解得到紡絲液；

(3)將上述紡絲液置于自制的平行電場電紡絲裝置中，在紫外光照下進行高壓靜電紡絲。

上述電場誘導光致還原金屬離子同步制備納米纖維中所涉及的聚合物包括聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚己內酯、聚環氧乙烷、聚乳酸等，所使用的光引發劑為光引發劑184、光引發劑1173、光引發劑907及tpo等，加入的金屬鹽為硝酸銀、氯金酸及金屬銅鹽，控制加入的金屬離子與聚合物的質量比為2/5-1/2，光引發劑的加入量為金屬離子的1.0wt％-6.0wt％。設置紡絲參數如下：紡絲電壓15-25kv，環境濕度10％-30％，接收距離為15-20cm，電紡絲溶液的擠出速度為0.5-1.0ml/h，所使用的紫外光源為高壓汞燈，調節光強為45-75mw/cm²。

本發明主要是利用內置電場使金屬離子沿電場方向遷移到納米纖維的外表面，在同步進行紫外光照還原金屬離子，從而制得表面富集金屬納米粒子的納米纖維，具有工藝過程簡單，重復性好的特點。

附圖說明

圖1為電場誘導光致還原金屬離子同步制備納米纖維的靜電紡絲裝置圖；

圖2為實施例1制備的纖維結構透射電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

(1)將0.5g的聚丙烯腈及0.015g的光引發劑184在40℃，磁力攪拌下溶解于n，n-二甲基甲酰胺中得到質量分數為10wt％的聚丙烯腈溶液；

(2)將0.25g的硝酸銀加入到步驟(1)所得的聚丙烯腈溶液中，室溫下避光攪拌2h溶解，得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為15kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為45mw/cm²制備表面富集銀納米粒子的納米纖維。

實施例2

(1)將0.5g的聚丙烯腈及0.020g的光引發劑184在40℃，磁力攪拌下溶解于n，n-二甲基甲酰胺中得到質量分數為10wt％的聚丙烯腈溶液；

(2)將0.2g的硝酸銀加入到步驟(1)所得的聚丙烯腈溶液中，室溫下避光攪拌2h溶解得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為20kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為50mw/cm²制備表面富集銀納米粒子的納米纖維。

實施例3

(1)將0.5g的聚丙烯腈及0.015g的光引發劑184在40℃，磁力攪拌下溶解于n，n-二甲基甲酰胺中得到質量分數為10wt％的聚丙烯腈溶液；

(2)將0.25g的氯金酸加入到步驟(1)所得的聚丙烯腈溶液中，室溫下避光攪拌2h得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為25kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為45mw/cm²制備表面富集金納米粒子的納米纖維。

實施例4

(1)將0.5g的聚丙烯腈及0.015g的光引發劑1173在40℃，磁力攪拌下溶解于n，n-二甲基甲酰胺中得到質量分數為10wt％的聚丙烯腈溶液；

(2)將0.2g的硝酸銀加入到步驟(1)所得的聚丙烯腈溶液中，室溫下避光攪拌2h溶解得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為15kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為45mw/cm²制備表面富集銀納米粒子的納米纖維。

實施例5

(1)將0.5g的聚苯乙烯及0.015g的光引發劑184在40℃，磁力攪拌下溶解于n，n-二甲基甲酰胺中得到質量分數為15wt％的聚苯乙烯溶液；

(2)將0.2g的硝酸銀加入到步驟(1)所得的聚苯乙烯溶液中，室溫下避光攪拌2h溶解得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為20kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為45mw/cm²制備表面富集銀納米粒子的納米纖維。

實施例6

(1)將ε-聚己內酯及0.015g的光引發劑184在40℃，磁力攪拌下溶解于三氯甲烷中得到質量分數為11wt％的混合溶液；

(2)將0.2g的硝酸銀加入到步驟(1)所得的混合溶液中，室溫下避光攪拌2h溶解得到紡絲溶液；

(3)將步驟(2)得到的紡絲溶液置于內置電場的電紡絲裝置中，設置紡絲電壓為25kv，噴絲噴頭到接收器的距離為20cm，濕度約為30％，電紡絲溶液的擠出速度為0.5ml/h，紫外光強為45mw/cm²制備表面富集銀納米粒子的納米纖維。