红外透过率/反射率可变的纳米复合纤维以及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米纤维技术领域，特别涉及一种含有二氧化钒纳米颗粒红外透过率/反射率可变的纳米复合纤维、其制备方法及其制成的纤维毡。
【背景技术】
[0002]二氧化钒是一种存在多种晶体结构的材料，在68°C存在低温单斜相(M相)半导体态到高温四方相(R相)金属态的可逆相变，伴随这一相转变，材料的光学性质和电学性质发生突变。基于二氧化钒相变前后光学透过率的变化，它被应用于智能窗材料(G.Xu, P.JinjM.Tazawaj K.Yoshimuraj Optimizat1n of antireflect1n coating for V02_basedenergy efficient window, Solar Energy Materials and Solar Cells，83(2004)29-37)，该智能窗在相变温度以下时对红外光高透过利于保持室内保温，在相变温度以上则将大部分红外辐射阻挡在室外，为了实际应用，会通过掺钨的方法将二氧化钒智能窗的相变温度调节到30°C左右。二氧化钒智能窗材料目前采用两种方法制备，一种如实向前面给出的那篇文章一样使用磁控溅射方法镀膜；另一种使用化学的方法成膜，先制备前驱体溶液或者二氧化钒纳米粉体的分散液，而后用旋涂，喷涂等方法做膜。对于二氧化钒M相纳米粉体的制备，可以通过水热反应直接得到(中国专利CN102120615A)，或者先水热合成B相或者A相的二氧化钒纳米粉体，再通过热处理转化为M相(中国专利CN101863511A)。二氧化钒纳米粉体的形貌可以是球状，棒状，线状，带状。
[0003]在红外反射涂层方面，有纳米粉体涂膜或磁控溅射镀膜制备的透明导电氧化物(TCO)用于提高建筑玻璃的红外反射率，也有含金属或半导体纳米颗粒的涂料利用其红外吸收能力来达到对红外光低反射的用途。但尚未有红外透反射率可变织物的相关报道。
[0004]含有功能纳米材料的织物方面，相关报道最常见的是使用含有纳米银的抗菌织物(徐雄立；曹玉蓉；周美华，用于医用敷料含纳米银明胶/壳聚糖复合纳米纤维毡及制备，中国专利CN101187111A)，其他的含有金属或半导体纳米颗粒的织物应用在催化和传感器材料方 H(Formo, E., Lee, E., Campbell, D., Xia, Y.N.Funct1nalizat1n of electrospunTi02nanofibers with Pt nanoparticles and nanowires for catalytic applicat1ns.Nano Lett8, 668-672(2008?,所用到的纺织方法一般为静电纺丝，也有使用熔融纺丝的报道(田杰谟；生物活性纳米纤维及其制品，中国专利CN1635201A)。目前没有含有二氧化钒的纤维毡的报道，也没有纺织物用于红外辐射调控的报道。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的问题，我们设计了一种含有二氧化钒纳米颗粒红外透过率/反射率可变的纳米复合纤维和复合纤维毡。
[0006]在此，本发明提供一种红外透过率或反射率可变的纳米复合纤维，其中，所述纳米复合纤维包括有机聚合物和复合在所述有机聚合物内的金红石相二氧化钒纳米颗粒，其中所述金红石相二氧化钒纳米颗粒的质量分数为0.5%?50%，所述纳米复合纤维的直径为10nm ?2 μ m0
[0007]本发明的优点是得到了一种未报道过的红外透过率和反射率可变的纳米复合纤维，由该复合纤维制备的制品(纤维毡)在高温处于低透过和低反射态，而低温处于高透过和高反射态，当采用未掺杂的纯金红石相二氧化钒纳米颗粒时，这种转变温度为68°C，根据需要可通过元素掺杂在一定范围内调节使转变温度降低或升高。
[0008]本发明中，所述金红石相二氧化钒纳米颗粒包括纯金红石相二氧化钒纳米颗粒和/或元素掺杂的金红石相二氧化钒纳米颗粒。
[0009]本发明中，所述金红石相二氧化钒纳米颗粒的粒径为10nm以下。
[0010]本发明中，所述有机聚合物可为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯-醋酸乙烯酯、和聚丙烯腈中的至少一种。
[0011]本发明中，所述金红石相二氧化钒纳米颗粒的质量分数的优选范围为5%?40%。
[0012]本发明中还提供一种上述纳米复合纤维的制备方法，其中，所述纳米复合纤维通过纺丝法制备，其中纺丝溶液由所述有机聚合物、金红石相二氧化钒纳米颗粒和有机溶剂混合形成，其中，所述纺丝溶液中金红石相二氧化钒纳米颗粒的质量分数为0.1%?10%。
[0013]本发明中，所述纺丝法可包括静电纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝、以及干法纺丝。
[0014]优选地，所述纺丝法为静电纺丝，纺丝电压可为8kV?30kV。
[0015]可进行连续纺丝，也可不连续地纺丝，这时优选纺丝时间为5?60分钟。
【附图说明】
[0016]图1为用于静电纺丝的单斜相二氧化钒纳米颗粒的扫描电镜照片；
图2为含有二氧化钒纳米颗粒直径为500nm的复合纤维在背散射模式下的扫描电镜照片，该纺丝使用的有机物为PVP ；
图3为含有不同质量分数的二氧化钒纳米颗粒的纤维毡在高温态和低温态下的红外透过光谱，该纺丝使用的有机物为PVP ；
图4为含有不同质量分数的二氧化钒纳米颗粒的纤维毡在高温态和低温态下的红外漫反射光谱，该纺丝使用的有机物为PVP ；
图5为含有二氧化钒纳米颗粒直径为I μ m的复合纤维毡在二次电子模式下的扫描电镜照片，该纺丝使用的有机物为PMMA。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0018]本发明设计制备了一种含有二氧化钒纳米颗粒红外透反射率可变的纳米复合纤维毡。
[0019]本发明所采用的技术方案是:将单斜相(金红石相)二氧化钒纳米颗粒与可用于静电纺丝的有机物溶液混合并超声分散均匀后进行静电纺丝，溶液中二氧化钒的质量分数为0.5%?8%，纺丝直径可通过调控溶液中有机物的含量在150nm?I μ m之间调节。纺丝用铝箔接收，达到一定厚度后可完整揭下并测试红外光学性能。
[0020]二氧化钒纳米颗粒为单斜相(M相)二氧化钒或掺杂M相二氧化钒纳米颗粒，掺杂元素为已有的任意可改变二氧化钒相变温度的元素，例如钨、鉬，铌，钽，钛，铬，氟等。
[0021]本发明的优点是得到了一种未报道过的红外透反射可变的纳米复合纤维毡，该材料在高温处于低透过或低反射态