一种制备四氧化三铁纳米纤维的静电纺丝装置的制作方法

本实用新型涉及静电纺丝技术领域，具体地说是一种制备四氧化三铁纳米纤维的静电纺丝装置。

背景技术：

磁性纳米材料是20世纪70年代后逐步产生、发展并成为最有应用前景的新型磁性材料。与常规的磁性材料不同，由于与磁相关的特征物理长度处于纳米量级，磁性纳米材料呈现反常的磁学性质。磁性纳米微粒与有机聚合物复合而成的磁性纳米纤维既表现出磁性微粒的特征，又保留了有机聚合物优异的性能，在光、电、磁、催化等方面显示出独特的性质，因此，在化工、生物医药和环境监测等诸多领域具有广阔的应用前景。

四氧化三铁纳米颗粒是一种常见的无机纳米材料，具有优异的磁学性能、热学性能及良好的生物相容性，是目前应用最为广泛的磁性材料之一。此外，四氧化三铁纳米颗粒还具有饱和磁化强度大、化学稳定性高等特点，其在磁性存储器、磁性光盘、磁性药物运输等领域有良好的应用前景。

制备四氧化三铁纳米纤维的主要方法有拉伸法、模板法、自组装法。拉伸法只针对于粘弹性高分子材料，模板法难以制备连续的纳米纤维，自组装法过程相对繁琐且制备的材料可控性差。这使得四氧化三铁纳米纤维在形貌上、磁性能上受到影响，严重限制了四氧化三铁纳米纤维的应用。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种制备四氧化三铁纳米纤维的静电纺丝装置，该装置操作简单且制备的四氧化三铁纳米纤维产率高、磁性能好。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案为：一种制备四氧化三铁纳米纤维的静电纺丝装置，包括静电纺丝发生装置、四氧化三铁纳米纤维膜接收装置和封闭装置，所述静电纺丝发生装置和四氧化三铁纳米纤维膜接收装置均位于封闭装置的内部；所述静电纺丝发生装置包括高压发生器、微量泵和针管，针管与微量泵相连通且在底端设有针管喷头，针管喷头上套置有一环形电极；所述接收装置包括铝箔纸，所述铝箔纸设置在操作平台上，铝箔纸位于所述针管喷头的正下方，所述操作平台的下方设有调节操作平台高度的第一升降装置；所述高压发生器的正极与所述针管喷头相连，高压发生器的负极与所述铝箔纸相连。

进一步的技术方案为：所述针管安装在第二升降装置上，第二升降装置带动针管上下移动。设置第二升降装置，使得针管喷头与铝箔纸之间的距离在调整时更加灵活方便。

优选的技术方案为：所述环形电极采用铝箔纸制成。

优选的技术方案为：所述针管喷头与所述铝箔纸之间的垂直距离为15～20cm。

优选的技术方案为：所述针管喷头的出液流量为1.0～3.0ml/h。

优选的技术方案为：所述铝箔纸的大小为20～30cm²。

当各项数据在上述范围时，制备出的四氧化三铁纳米纤维品质好，且降低装置的成本。

进一步的技术方案为：所述第一升降装置包括丝杠和螺母套，所述丝杠安装在操作平台底面的四个角处，所述螺母套分别与丝杠相配合，所述螺母套同步旋转驱动所述丝杠做往复直线运动。

一种可选择的技术方案为：所述螺母套通过驱动齿轮进行驱动，两个相邻的驱动齿轮之间设置有传动齿轮以实现驱动齿轮同步旋转，主动驱动齿轮与摇柄之间通过锥齿轮传动机构相连接。

另一种可选择的技术方案为：所述螺母套通过驱动蜗轮进行驱动，两个相邻的驱动蜗轮之间设置有传动蜗轮以实现驱动蜗轮同步旋转，主动驱动蜗轮与摇柄之间通过蜗轮蜗杆机构相连接，摇柄安装在蜗杆的末端。

锥齿轮传动机构或者蜗轮蜗杆机构在传递动作的过程中，改变了动作的传递方向，便于人们的操作。

进一步的技术方案为：所述第二升降装置包括丝杠和螺母套，所述丝杠活动安装在底座上，所述螺母套与所述丝杠相配合，所述针管安装在螺母套上，丝杠原位旋转带动螺母套做往复直线运动。

第一升降装置和第二升降装置均采用丝杠传动副，精确度高，维护简单，使用寿命长，可以实现微小距离的调整。

所述的密封装置为可打开的有机玻璃罩。有机玻璃罩既能将装置与外界隔离，又不影响对装置工作过程的观察，在制备工作的准备阶段，可将有机玻璃罩打开，调整操作平台的高度以及针管喷头与铝箔纸之间的距离等，准备工作完成后，装置工作过程中，应使用有机玻璃罩将装置与外界隔离。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的装置，增加针管喷头上的环形电极，在高压发生器产生高压后，在针管喷头与四氧化三铁纳米纤维膜接收装置之间形成固定的电场区域，成功制备出四氧化三铁纳米纤维膜，且有效地避免了四氧化三铁纳米纤维沉积在铝箔纸过程中分散区域过大、收集时损失严重的现象。该装置设计简单且巧妙合理，所制得的蓬松态磁性纳米纤维直径相对较小、孔隙率高、蓬松效果好。

2、铝箔纸设置在高度可调节的操作平台上，针管喷头与铝箔纸之间的距离可以调节，根据不同的情况设置不同的距离，使用灵活、操作简便，提升所制备的四氧化三铁纳米纤维的品质。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一所制得的四氧化三铁纳米纤维的透射电镜图；

图3为本实用新型实施例二所制得的四氧化三铁纳米纤维的磁滞回线图。

图中：1环形电极，2针管喷头，3铝箔纸，4操作平台，5封闭装置，6高压发生器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述：

实施例一：

如图1所示，一种制备四氧化三铁纳米纤维的静电纺丝装置，包括静电纺丝发生装置、四氧化三铁纳米纤维膜接收装置和封闭装置，所述静电纺丝发生装置和四氧化三铁纳米纤维膜接收装置均位于封闭装置5的内部；所述静电纺丝发生装置包括高压发生器6、微量泵和针管，针管与微量泵相连通且在底端设有针管喷头2，针管喷头2上套置有一环形电极1；所述接收装置包括铝箔纸3，所述铝箔纸3设置在操作平台4上，铝箔纸3位于所述针管喷头2的正下方，所述操作平台4的下方设有调节操作平台4高度的第一升降装置；所述高压发生器6的正极与所述针管喷头2相连，高压发生器6的负极与所述铝箔纸3相连。

所述针管安装在第二升降装置上，第二升降装置带动针管上下移动。设置第二升降装置，使得针管喷头与铝箔纸之间的距离在调整时更加灵活方便。

所述环形电极1采用铝箔纸制成，所述针管喷头2与所述铝箔纸3之间的垂直距离为15～20cm，所述针管喷头2的出液流量为1.0～3.0ml/h，所述铝箔纸3的大小为20～30cm²。

所述第一升降装置包括丝杠和螺母套，所述丝杠安装在操作平台4底面的四个角处，所述螺母套分别与丝杠相配合，所述螺母套同步旋转驱动所述丝杠做往复直线运动。

所述螺母套通过驱动齿轮进行驱动，两个相邻的驱动齿轮之间设置有传动齿轮以实现驱动齿轮同步旋转，主动驱动齿轮与摇柄之间通过锥齿轮传动机构相连接。

所述第二升降装置包括丝杠和螺母套，所述丝杠活动安装在底座上，所述螺母套与所述丝杠相配合，所述针管安装在螺母套上，丝杠原位旋转带动螺母套做往复直线运动。

第一升降装置和第二升降装置均采用丝杠传动副，精确度高，维护简单，使用寿命长，可以实现微小距离的调整。

所述的密封装置5为可打开的有机玻璃罩。有机玻璃罩既能将装置与外界隔离，又不影响对装置工作过程的观察，在制备工作的准备阶段，可将有机玻璃罩打开，调整操作平台4的高度以及针管喷头2与铝箔纸3之间的距离等，准备工作完成后，装置工作过程中，应使用有机玻璃罩将装置与外界隔离。

当注射器针管充满溶液后，通过微量泵将液体推出，在环形电极1形成的电场力作用下，纺丝液从针管喷头2位置喷出，首先形成泰勒锥，然后形成四氧化三铁纳米纤维，在到达四氧化三铁纳米纤维膜接收装置后，四氧化三铁纳米纤维沉积在铝箔纸上，随着时间不断增加，最终形成四氧化三铁纳米纤维膜。

使用本实施例的装置制备四氧化三铁纳米纤维的具体操作过程如下：

采用本实例的装置，量取5ml的N,N二甲基甲酰胺于螺口玻璃瓶中，加入0.1g四氧化三铁，将螺口玻璃瓶旋紧后用封口膜封口，超声振荡30分钟，将等量的曲拉通X-100加入到上述螺口玻璃瓶中，再次超声振荡30分钟，得到四氧化三铁分散液。

称取0.4g聚丙烯腈原丝加入到四氧化三铁分散液中，在55℃、180r/min下磁力加热搅拌12小时，制得纺丝溶液；将纺丝溶液静置5小时以除去溶液中的气泡，将高压发生器6的电压调至15kV，接收距离：针管喷头2与操作平台4上铝箔纸3的距离为15cm，出液流量为1.0mL/h，铝箔纸3的大小为20cm²，在搭建的静电纺丝装置内进行电纺，即得四氧化三铁纳米纤维膜，其透射电镜图如图2所示。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：本实施例中，所述螺母套通过驱动蜗轮进行驱动，两个相邻的驱动蜗轮之间设置有传动蜗轮以实现驱动蜗轮同步旋转，主动驱动蜗轮与摇柄之间通过蜗轮蜗杆机构相连接，摇柄安装在蜗杆的末端。

当注射器针管充满溶液后，通过微量泵将液体推出，在环形电极1形成的电场力作用下，纺丝液从针管喷头2位置喷出，首先形成泰勒锥，然后形成四氧化三铁纳米纤维，在到达四氧化三铁纳米纤维膜接收装置后，四氧化三铁纳米纤维沉积在铝箔纸上，随着时间不断增加，最终形成四氧化三铁纳米纤维膜。

使用本实施例的装置制备四氧化三铁纳米纤维的具体操作过程如下：

采用本实例的装置，量取5ml的N,N二甲基甲酰胺于螺口玻璃瓶中，加入0.15g四氧化三铁，将螺口玻璃瓶旋紧后用封口膜封口，超声振荡30分钟，将等量的曲拉通X-100加入到上述螺口玻璃瓶中，再次超声振荡30分钟，得到四氧化三铁分散液。

称取0.6g聚丙烯腈原丝加入到四氧化三铁分散液中，在55℃、180r/min下磁力加热搅拌12小时，制得纺丝溶液；将纺丝溶液静置5小时以除去溶液中的气泡，将高压发生器6的电压调至15kV，接收距离：针管喷头2与操作平台4上铝箔纸3的距离为20cm，出液流量为3.0mL/h，铝箔纸3的大小为30cm²，在搭建的静电纺丝装置内进行电纺，即得四氧化三铁纳米纤维膜，其磁滞回线图如图3所示。

本实用新型中，第一升降装置和第二升降装置不限于实施例所述的丝杠和螺母套，还可以采用液压缸、气缸、电动推杆、直线电机等其他的升降装置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不是本实用新型的全部实施例，不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。