纖維表面沉積納米材料的方式
納米顆粒尤其是無機(jī)納米粒子在催化,能源,生命科學(xué)以及傳感等領(lǐng)域都表現(xiàn)出了非常好的性能,從而受到廣泛的關(guān)注。由于納米材料本身的特性,為了保證在實(shí)際使用時的穩(wěn)定性與長效性,一般會采用將納米粒子以負(fù)載或原位構(gòu)筑的方式與基底材料結(jié)合,從而獲得負(fù)載型催化劑,導(dǎo)電織物等改性材料。通過與納米技術(shù)的結(jié)合,可以獲得多種功能性纖維材料,應(yīng)用在可穿戴,抗菌,能源催化領(lǐng)域。
在纖維表面沉積納米材料的方式有多種,可分為原位與非原位的方式。通常將在纖維表面直接構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)的方式稱為原位合成,該方式可得到負(fù)載均勻的纖維材料,但依賴前驅(qū)體在纖維表面的化學(xué)合成過程,且會產(chǎn)生較多的化學(xué)廢料,限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。
非原位的方法即先制備納米材料,并將其加工為分散液,利用浸漬提拉或者噴涂等手段實(shí)現(xiàn)納米負(fù)載。該方法容易造成分布不均,還會造成原料的大量浪費(fèi)。
液相沉積法
氣相沉積是一種較為成熟的沉積方案,但傳統(tǒng)的方式如:蒸發(fā)法或濺射法,離子鍍都依賴于真空環(huán)境,設(shè)備較為復(fù)雜,同時對基底纖維可能造成熱損傷和機(jī)械損傷。同時,由于纖維膜本身具備一定的厚度,真空鍍膜的方式很難保證顆粒能穿透進(jìn)入孔隙之中。原子層沉積技術(shù)是一種靈活性高,且可控性強(qiáng)的薄膜沉積技術(shù),其穿透性強(qiáng),從單原子到致密的薄膜的合成均可滿足。但對于有機(jī)聚合物纖維基底,其反應(yīng)效率太低,且工藝要求較高,目前尚無工業(yè)應(yīng)用。
氣相以及電鍍沉積方案
對于催化等應(yīng)用,理想的負(fù)載結(jié)合為小尺寸的納米顆粒均勻的分散在纖維表面,而不是形成致密的薄膜,同時由于纖維膜有一定的厚度,傳統(tǒng)的方案很難保證纖維膜的表層與內(nèi)層都負(fù)載有均勻的顆粒。
因此,一種環(huán)保,簡便的納米顆粒負(fù)載技術(shù)對于開發(fā)新一代功能纖維材料非常重要。但目前的方案,包括使用 PVD 或 CVD 的方法,都很難做到纖維層內(nèi)外的均勻負(fù)載,同時獲得的多為薄膜層,而不是分散的納米粒子團(tuán)簇。而在催化反應(yīng)中,這些分散的顆粒才是反應(yīng)的活性位點(diǎn)。
內(nèi)外兼修才是纖維負(fù)載的目標(biāo)
事實(shí)上,納米級的顆粒如果更換分散介質(zhì)在氣相環(huán)境中,也可以形成一種穩(wěn)定的分散系:氣溶膠(詳情見??:氣溶膠,病毒與口罩)。而將氣溶膠技術(shù)與過濾技術(shù)結(jié)合,便可以輕松實(shí)現(xiàn)纖維表面的負(fù)載沉積。這一方法借鑒了“口罩"過濾的方式,納米級氣溶膠會在氣流的帶動下,從過濾介質(zhì)的孔隙中穿過,顆粒則會在這一過程中均勻的分散在基底表面與內(nèi)層。
利用“過濾"的方式均勻的負(fù)載納米粒子
這一方法原理與過濾空氣中的有害顆粒物類似,氣溶膠顆粒會在氣流的帶動下實(shí)現(xiàn)均勻的沉積。而產(chǎn)生納米氣溶膠的方式則為一種全新的大氣壓等離子火花燒蝕技術(shù)。這一方法可在常壓條件下,溫和的實(shí)現(xiàn)納米粒子的軟著陸,避免了熱沖擊對于基底的破壞,同時保證了顆粒在纖維基底表面的分散以及粒徑控制。該方法可以實(shí)現(xiàn)單質(zhì),氧化物,合金在內(nèi)的多種納米復(fù)合體系制備,并且與多種技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。
火花燒蝕產(chǎn)生納米級氣溶膠
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