本发明属于纺织材料制备领域，尤其涉及一种聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法。
背景技术：
纳米纤维是一维纳米材料，主要包括两方面：一是纳米纤维尺寸定义，即直径小于100nm的纤维。另一概念是将纳米微粒混入到纤维中，采用性能不同的纳米微粒改性纤维，从而使纤维赋予功能性如：光催化、抗菌、远红外、抗静电以及防紫外等功能性。纳米复合纤维是一种新型功能纤维材料，它满足一种或多种相复合而成并且至少有一种相位于纳米级范围。静电纺丝技术是一种在高压电场力作用下制备纳米纤维的一种技术，它是由电喷技术演变过来的。在高压电场中，电场力使得高分子溶液表面带有一定的电荷，而溶液本身的表面张力和所受电场力的方向是相反的。当电压很低时，液滴所受电场力小于其表面张力，球形带电液滴在电场力作用下变为锥形的液滴，即形成“泰勒锥”。静电纺丝装置一般由高压电源、喷丝头和接收装置三部分组成，其中，高压电源是静电纺丝装置中最重要的组成部分，它分为直流高压电源和交流高压电源。喷丝头是用来产生聚合物液滴，提供射流激发位点的装置，分为无针头和针头两种喷丝头体系，而按针头的数量来分，又分为单针头、多针头等不同的类型。
然而，虽然静电纺丝可以相对简单的制出纳米级纤维，但一般其力学性能不够理想。而pedot存在着不溶不熔的缺点，给生产加工带来了很多困难，一定程度上限制了其商业应用。
技术实现要素：
本发明旨提供一种聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法。
本发明所述聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：（1）在室温称取0.25gpan，溶于2.75gdmf溶液中，在密闭条件下磁力搅拌2小时；溶液搅拌至均匀透明后用来静电纺丝；（2）用注射器抽取3ml配制好的pan/dmf纺丝溶液放置并夹持在注射泵上面，设置流速0.5ml/h，将高压静电发生器上的正极接到针头上；（3）用量筒量取0.1mledot，倒入盛有20ml酒精的烧杯中，之后超声振荡15min，期间不停的摇晃，使两种物质混合均匀；（4）把pan纳米纤维膜剪成3cm×3cm的方形，浸入edot/酒精混合液中，2h后取出并在40℃烘箱中烘10min；（5）把涂有edot的pan纳米纤维膜浸入fecl3和aps的混合溶液中，冰水浴中反应之后取出，先用蒸馏水冲洗三次，除去未反应的fecl3和aps，再用酒精冲洗一次，除去未反应的edot；之后再次放入烘箱中烘10min。
本发明所述的聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，步骤（1）所述磁力搅拌过程中采用超声振荡促进pan的溶解。
本发明所述的聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，步骤（2）所述高压静电发生器上设置有接收装置采用滚筒接收装置，滚筒上铺有一层铝箔纸，用于接收静电纺纤维。
本发明所述的聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，步骤（5）所述烘箱的温度为40℃。
本发明所述的聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，以聚丙烯腈(pan)为基体材料，通过静电纺丝法制备pan纳米纤维，并通过化学液相沉积法在纳米纤维表面沉积一层pedot，纺丝液电导率逐渐增加并趋于稳定，而纤维的直径也逐渐增加且形态变好，当纺丝电压、滚筒旋转速度一定时，纤维直径随纺丝距离的增加而增加；当纺丝距离、滚筒旋转速度一定时，纤维直径随纺丝电压的升高而降低；当纺丝距离、电压一定时，纤维的直径会随着滚筒转速的升高而降低。
具体实施方式
本发明所述聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，包括如下步骤：（1）在室温称取0.25gpan，溶于2.75gdmf溶液中，在密闭条件下磁力搅拌2小时；溶液搅拌至均匀透明后用来静电纺丝；（2）用注射器抽取3ml配制好的pan/dmf纺丝溶液放置并夹持在注射泵上面，设置流速0.5ml/h，将高压静电发生器上的正极接到针头上；（3）用量筒量取0.1mledot，倒入盛有20ml酒精的烧杯中，之后超声振荡15min，期间不停的摇晃，使两种物质混合均匀；（4）把pan纳米纤维膜剪成3cm×3cm的方形，浸入edot/酒精混合液中，2h后取出并在40℃烘箱中烘10min；（5）把涂有edot的pan纳米纤维膜浸入fecl3和aps的混合溶液中，冰水浴中反应之后取出，先用蒸馏水冲洗三次，除去未反应的fecl3和aps，再用酒精冲洗一次，除去未反应的edot；之后再次放入烘箱中烘10min。
本发明所述的聚丙烯腈基底的导电纳米纤维膜的制备方法，步骤（1）所述磁力搅拌过程中采用超声振荡促进pan的溶解。步骤（2）所述高压静电发生器上设置有接收装置采用滚筒接收装置，滚筒上铺有一层铝箔纸，用于接收静电纺纤维。步骤（5）所述烘箱的温度为40℃。当pan添加量较低时，纺丝液的电导率很低，因为dmf本身是一种极性很小的有机溶剂，溶液中几乎没有离子存在，因此纺丝液导电性能较差。随着pan含量的增加，纺丝液的电导率也逐渐增加，但是当pan的含量超过8.2wt.%时，电导率增加速率变得十分缓慢。实验过程中也发现，随着纺丝液浓度的增加，纺丝液粘度会急剧增加，当pan的质量分数大于10wt.%后，磁子不能在纺丝液中旋转，pan很难均匀的溶解于dmf中。随着pan纺丝液浓度的增加，纳米纤维的直径逐渐增加，同时纺丝过程中产生的串珠逐渐减少。当纺丝液浓度比较低时，纺丝液的粘度也很低，纺丝液在电场力作用下，不易在针头形成稳定的泰勒锥，所以不能被很好的拉伸成纤维，dmf不能快速的挥发掉，从而导致纤维直径较大以及串珠的形成。随着纺丝液浓度的增加，粘度也相应增加，更容易形成稳定的泰勒锥，因此纳米纤维的直径逐渐减小，纤维中的串珠也相应的减少。
随着pan浓度的增加，纳米纤维的平均直径从64.7nm增加到530nm，这是由于随着纺丝液浓度的增加，相同纺丝条件下被电场力牵拉出的纺丝液中的pan含量也相应增加导致的。同时，纳米纤维直径均匀程度的变异系数也由23.8降低到9.2，说明随着纺丝液浓度的增加，纳米纤维的直径分布变得更加均匀，纳米纤维的表面逐渐变得光滑，粗细均匀的现象相一致。当纺丝液浓度为9.2wt.%时，纳米纤维不存在串珠，纳米纤维表面光滑，并且纤维直径分布均匀。因此，可以确定9.2wt.%是制备pan纳米纤维膜的最适宜浓度。
当pan的浓度一定时，pan纳米纤维的直径随着纺丝距离的增加而变大，制备的纳米纤维表面都比较光滑，纺丝过程中无串珠产生，考虑到高压尖端放电会击穿空气，所以纺丝距离最少15cm。随着纺丝距离的增加，pan纳米纤维的平均直径从405.0nm增加到633.8nm，这与sem观察结果相一致。而反映纳米纤维直径均匀程度的变异系数也由11.4降低到9.0之后又增加到9.9，说明随着纺丝距离的增加，纳米纤维的直径均匀性先增加后降低。当纺丝浓度和电压一定时，pan纳米纤维的直径随着纺丝电压的增加逐渐降低，纳米纤维表面光滑，纺丝过程中无串珠产生。当电压很低时，电场强度低，电场力不能克服溶液的表面张力，从而不能形成稳定的射流，所以最低电压定位9kv。从表中的数据可以看出，随着电压的增加，纳米纤维的平均直径从514.8nm降低到401.4nm，而反映纳米纤维直径均匀程度的变异系数也由24.6降低到12.8，说明随着纺丝电压的增加，纳米纤维的直径均匀性也相应增加。
随着滚筒转速的增大，纳米纤维的平均直径从613.5nm降低到425.3nm，而反映纳米纤维直径均匀程度的变异系数也由8.2增加到14.1，说明随着滚筒旋转速度的增加，纳米纤维的直径均匀性相应降低。可能的原因是，当滚筒转速较低时，纳米纤维会直接被滚筒旋转接收，随着滚筒转速的增加，相同纺丝条件下，落到滚筒上的纳米纤维会受到沿柱面切线方向的作用力，使得纳米纤维受到一定的拉伸，而随着转速的增加，沿柱面切线方向的作用力越强，纳米纤维直径降低。考虑到转速越高，危险越大，而当滚筒转速为900r/min时，纳米纤维平均直径和变异系数相对较小，因此，滚筒转速900r/min是制备pan纳米纤维膜的最适宜电压。随着纺丝液浓度的增加，纺丝液电导率逐渐增加并趋于稳定，而纤维的直径也逐渐增加且形态变好，当纺丝液浓度为9.2wt.%时，纤维直径小而分布均匀且形态最好。当纺丝电压、滚筒旋转速度一定时，纤维直径随纺丝距离的增加而增加；当纺丝距离、滚筒旋转速度一定时，纤维直径随纺丝电压的升高而降低；当纺丝距离、电压一定时，纤维的直径会随着滚筒转速的升高而降低。