基于天然棉纳米纤维的一维功能纳米材料的制备及性能研究

天然棉纤维素的深层次利用和开发无论在科学、技术还是经济上都具有非常现实和深远的意义。本课题旨在制备基于天然棉纤维的一维功能纳米材料。首先，把棉纤维溶解制备纺丝液，然后通过静电纺丝的手段把棉纤维制成超细纤维，经磁控溅射等物理方法或紫外还原等化学方法，将无机功能材料与超细棉纤维有效复合。既保持纤维材料的柔软性、易加工等特点， 同时又赋予其新的功能，另外纤维本身又对无机功能材料具有固定作用，可以有效地防止团聚，使其无机材料的功能性得到充分发挥。本项目旨在制备具有实际应用前景的复合材料；通过结构和有关谱学研究，探讨不同复合方法下无机纳米材料与纤维的复合机理；实现材料的可控设计与制备；探讨无机材料与纤维相互作用的基本科学问题。扩展棉纤维在电磁波吸收、光电领域、生物支架材料、水处理等方面的应用。本项目将着重研究复合功能材料在电磁波吸收和催化方面的性能及应用。

天然高分子纤维素(cellulose)在地球上存在时间最古老、储量最丰富并且取之不尽用之不竭，是人类最宝贵的天然可再生资源，深度开发其应用范围和应用领域具有巨大的意义。它是一种由β-葡萄糖单元组成的线性同聚多糖大分子，它的每一个单元结构都具有三个羟基。充分利用表面的特性，用无机功能材料对其改性和功能化，拓展其应用范围。而棉花中纤维素含量超过90%。本课题旨在将棉纤维细化，在充分利用纤维效率的同时，获取尺度减小所带来的其他福利，并且利用物理和化学方法对细化后的棉纤维进行功能化改性。本项目执行过程中主要从事的研究有：（1）确定了棉纤维的溶解和静电纺丝工艺，实现了纤维的纳米化。（2）采用物理和化学方法，对纳米化的棉纤维用无机材料进行复合，实现功能化，主要这对光响应，根据能带结构对无机材料进行功能设计，通过工艺条件的优化，以实现高的光响应效率。.本项目取得的主要成果如下：清楚了棉纤维的溶解条件，以及溶液浓度、粘度、导电率等溶液性质对静电纺丝成丝及丝质量的影响，纺丝参数条件，包括电压、距离、促进溶剂挥发措施以及接收方式等对成丝质量的影响。实现了纳米棉纤维与CeO2, ZnO, TiO2, CdS，Ag、In2S3等材料复合，对其工艺、结构、性能以及机理等进行了研究；实现了CeO2/ZnO, In2S3/Ag-CdS, /ZnO/CdS, CdS/TiO2, ZnO/ZnS等异质结构与纳米棉纤维的复合；这些复合材料表现出优异的光催化性能。本项目培养硕士研究生12名； 发表SCI收录论文13篇， 国际会议及会议论文10余篇；授权发明专利3项。