专利名称：一种气体传感器纤维膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及有机-无机复合材料及其制备方法，更具体地，是一种传感器纤维膜 及其制备方法。
背景技术：
纳米材料，尤其是无机纳米材料，被广泛应用于催化剂，气体传感器，电池特别是 太阳能电池以及其他技术和新应用中。结晶型复合物的晶体尺寸、晶体形状、表面积以及孔 隙率会对其功能特性产生深远影响，因此，实现对这些参数的精确控制对发展新型纳米材 料和纳米技术是至关重要的。高温处理条件下想保留小晶粒尺寸和纳米孔径、阻止晶粒长大并使其高密度化是 非常困难的。可是气体传感器和固体氧化物燃料电池的常规操作温度就在几百摄氏度左 右，这使得对设备及实验的要求更高了。曾有人提出几种抑制晶粒生长和致密化的方法，其 中包括两步烧结技术，分子加帽，在无孔模板沉积，热水处理和表面接枝有机分子等，但效 果都不甚理想。因此，迫切需要找到一种在高温条件下制备稳定的无孔结构的有效途径。
发明内容
本发明目的在于提供一种灵敏度高、选择性高且在高温下可稳定维持微孔结构的 气体传感器纤维膜及其制备方法。本发明是通过如下技术手段实现的针对静电纺丝技术能生产有机或无机纤维， 且在静电纺丝过程中，水解、缩合、预凝胶等反应会导致纤维形态和微结构改变的特点，通 过将有机高分子溶液和无机分子溶液混合后进行静电纺丝，得到复合纤维材料，再经热压 和煅烧，使得复合纤维材料成膜，并使有机成分分解、无机成分氧化结晶，形成金属氧化物 纳米粒子，提供一种高灵敏、高选择性且可稳定维持微孔结构的气体传感器纤维膜，且整个 制备工艺简单，成本低。本发明的气体传感器纤维膜，由复合纤维材料热压而成，所述复合纤维由重均分 子量为5 50万的有机高分子以及无机分子构成，其中，所述有机高分子选自聚醋酸乙 烯酯(PVAc)、聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-乙醇酸共聚物 (PLGA)以及聚己内酯(PCL)；所述无机分子选自醋酸锡(Sn(CH3COO)2)、氯化钯(PdCl2)、氯 化钠(NaCl)、醋酸钙(Ca (CH3COO) 2)、氯化锌(ZnCl2)。本发明的制备气体传感器纤维膜的方法，包括如下步骤(1)配制有机高分子溶液将有机高分子材料溶于水或有机溶剂，配制成质量百 分浓度为2 50%的有机高分子溶液；优选地，所述高分子材料所对应的溶剂分别为聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于二甲基 甲酰胺(DMF) ；PEO溶于水；PVA溶于水或丙酮或水和丙酮的混合液；聚乳酸(PLA)溶于二甲 基甲酰胺(DMF)或二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合液；聚乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA)溶 于二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的混合液；聚己内酯(PCL)溶于丙酮或四氢呋喃或丙酮和二甲基甲酰胺(DMF)的混合液。(2)配制无机分子溶液将无机分子材料溶于水或有机溶剂，配制成质量浓度为 1 30%的无机分子溶液；优选地，所述无机分子材料所对应的溶剂分别为醋酸锡(Sn(CH3COO)2)溶于二 甲基甲酰胺(DMF)和醋酸的混合液；氯化钯(PdCl2)溶于水或丙酮；氯化钠(NaCl)溶于 水或二甲基甲酰胺(DMF)；醋酸钙(Ca(CH3COO)2)溶于二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基亚砜 (DMSO)；氯化锌(ZnCl2)溶于二甲基亚砜(DMSO)或二甲基亚砜(DMSO)与水的混合液。(3)制备复合纤维材料将所述有机高分子溶液和无机分子溶液混合均勻得到静 电纺丝液，并注入单针头经典纺丝装置中，在电压为10 30KV，溶液流量为10 IOOyL/ min，接收距离为5 25cm的条件下进行静电纺丝，利用具有特征微结构的基材进行接收， 得到直径为50nm 500nm的复合纤维材料；(4)热压成膜将上述复合纤维材料用预热金属板在50 100°C下热压1 10分 钟后，在450 600°C下高温煅烧0. 5 2小时，得到气体传感器纤维膜。优选地，本发明的制备气体传感器纤维膜的方法采用的具有特征微结构的基材选 自二氧化硅/硅晶片和氧化铝陶瓷中的一种或两种。按照本发明的方法制备气体传感器纤维膜，利用静电纺丝的方法制备纳米结构复 合纤维材料，工艺简单、易于操作且成本低，采用不同的收集方式，能得到具有不同层次结 构的有机/无机复合纤维材料；在静电纺丝过程中，发生的水解、缩合、预凝胶等反应会导 致纤维形态和微结构的改变，得到复合纤维材料，在后续的煅烧过程中，有机成分分解，无 机成分氧化结晶形成金属氧化物纳米粒子，存在于纤维中，从而导致高度多孔结构的生成， 表现出纳米孔和相对较大的孔双孔并排存在的情形，这种独特的形态有利于气体或液体的 渗透进入，从而使得采用本发明的气体传感器纤维膜制备的气体传感器具有高灵敏度，且 在高温条件下也能稳定维持该微孔结构；通过对无机分子的选择，可实现本发明的气体传 感器纤维膜的高选择性，在催化剂、气体传感器、光学透明器件和光电化学电池等领域有广 泛的应用前景。
具体实施例方式以下描述本发明的优选实施方式，但并非用以限定本发明。实施例1:按照如下方法制备气体传感器纤维膜(1)配制有机高分子溶液将5g聚醋酸乙烯酯(PVAc)溶于二甲基甲酰胺(DMF)， 配制成质量百分浓度为50%的有机高分子溶液；(2)配制无机分子溶液将0. 5g醋酸锡、0. 5g氯化钯溶于二甲基甲酰胺(DMF)与 丙酮等体积混合的混合液，配制成质量浓度为5%的无机分子溶液；(3)制备复合纤维材料将所述有机高分子溶液和无机分子溶液混合均勻得到 静电纺丝液，并注入单针头经典纺丝装置中，在电压为13KV，通过注射泵控制溶液流量为 lOOyL/min，接收距离为15cm的条件下进行静电纺丝，采用具有特征微结构的二氧化硅/ 硅晶片和氧化铝陶瓷基材作为基板接收，得到直径为200nm的复合纤维材料；(4)热压成膜将上述复合纤维材料用预热金属板在80°C下热压1分钟后，在450 600°C下高温煅烧1小时，得到气体传感器纤维膜。 实践证明，本发明的气体传感器纤维膜具有高灵敏、高选择的特点，且在高温条件 下能稳定维持微孔结构，且制备工艺简单、易于操作、成本低。
权利要求
1.一种气体传感器纤维膜，其特征在于，由复合纤维材料热压而成，所述复合纤维由重 均分子量为5 50万的有机高分子以及无机分子构成，其中，所述有机高分子选自聚醋酸 乙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯；所述无机分子 选自醋酸锡、氯化钯、氯化钠、醋酸钙、氯化锌。
2.一种制备权利要求1所述的气体传感器纤维膜的方法，其特征在于，包括如下步骤(1)配制有机高分子溶液将有机高分子材料溶于水或有机溶剂，配制成质量百分浓 度为2 50%的有机高分子溶液；(2)配制无机分子溶液将无机分子材料溶于水或有机溶剂，配制成质量浓度为1 30%的无机分子溶液；(3)制备复合纤维材料将所述有机高分子溶液和无机分子溶液混合均勻得到静电纺 丝液，并注入单针头经典纺丝装置中，在电压为10 30KV，溶液流量为10 lOOyL/min， 接收距离为5 25cm的条件下进行静电纺丝，利用具有特征微结构的基材进行接收，得到 直径为50nm 500nm的复合纤维材料；(4)热压成膜将上述复合纤维材料用预热金属板在50 10(TC下热压1 10分钟 后，在450 600°C下高温煅烧0. 5 2小时，得到气体传感器纤维膜。
3.根据权利要求2所述的制备气体传感器纤维膜的方法，其特征在于，所述具有特征 微结构的基材选自二氧化硅/硅晶片和氧化铝陶瓷中的一种或两种。全文摘要
本发明公开了一种气体传感器纤维膜及其制备方法，所述气体传感器纤维膜由复合纤维材料热压而成，所述复合纤维由重均分子量为5～50万的有机高分子以及无机分子构成，其中，所述有机高分子选自聚醋酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乳酸-乙醇酸共聚物、聚己内酯；所述无机分子选自醋酸锡、氯化钯、氯化钠、醋酸钙、氯化锌，通过将有机高分子材料和无机分子分别配制成溶液再混合成静电纺丝液后，依次进行静电纺丝、热压以及高温煅烧等工艺，制得气体传感器纤维膜，具有超灵敏、高选择性的特点，且在高温下可维持微孔结构，且制备方法简单、易于操作，在众多领域都有广泛的应用前景。
文档编号D04H3/00GK102071540SQ20101054738
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者李立藏, 申孟芝, 许杉杉, 韩志超 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司