制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及利用該裝置進行紡絲的方法，氣流氣泡紡絲裝置包括儲液槽、氣泡噴射管、玻璃管、氣泡發(fā)生器、噴氣管、氣流發(fā)生器、設(shè)于氣泡噴射管上方的接收裝置、與接收裝置連接固定的支架臺、安裝于支架臺上的磁控裝置以及供液裝置，玻璃管的一端連通氣泡發(fā)生器，另一端與氣泡噴射管內(nèi)部連通，噴氣管設(shè)置于氣泡噴射管的側(cè)面并與氣流發(fā)生器連接，紡絲時，在帶磁性納米粒子的聚合物溶液表面形成氣泡，氣泡上升破裂后以氣流為動力被進一步拉伸細化形成大量無序的磁性納米纖維，大量無序的磁性納米纖維在磁控裝置產(chǎn)生的磁場控制區(qū)域中有規(guī)律的運動形成大量有序的磁性納米纖維，并被收集在接收裝置上。
【專利說明】
制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及氣流氣泡紡絲技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大量制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及氣流氣泡紡絲方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性納米復合材料由于具有磁性材料和納米材料的雙重優(yōu)勢，譬如:高比表面積、臨界尺寸效應、量子化效應等優(yōu)點，可以作為性能優(yōu)異的永磁材料、電磁波吸收材料、磁記錄材料、生物醫(yī)學功能材料等，因此被廣泛應用到磁流體、催化劑、生物醫(yī)學、新能源、電子光學等領(lǐng)域。目前，制備磁性納米復合材料的方法主要有液相還原、模板法、靜電紡絲等。盡管這些方法在一定程度上實現(xiàn)了磁性納米復合材料的制備，并能得到少量的有序的磁性納米復合材料，但是由于其制備條件苛刻，工藝流程繁瑣，生產(chǎn)效率低，因此很難實現(xiàn)大量制備有序磁性納米復合材料的需求。
[0003]氣流氣泡紡絲技術(shù)作為一種新型的制備納米纖維材料的方法，其原理是在聚合物溶液表面產(chǎn)生氣泡，氣泡破裂后形成無數(shù)條細小液柱，每條液柱相當于一個泰勒錐，同時以氣流作為動力，液柱在高速氣流的作用下被拉伸細化產(chǎn)生大量的納米纖維，極大的提高了納米纖維的產(chǎn)量。然而氣流氣泡紡絲技術(shù)得到的納米纖維成無序狀態(tài)，因而限制了磁性納米復合材料在光電子器件、生物醫(yī)用材料方面的深層次應用。因此，大量制備有序磁性納米復合材料成為一個技術(shù)難題。
[0004]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種可以大量制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及氣流氣泡紡絲方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及氣流氣泡紡絲方法，在氣流氣泡紡絲技術(shù)的基礎(chǔ)上采用磁控技術(shù)，能有效的克服傳統(tǒng)方法的產(chǎn)量低、取向度低、工藝流程復雜、可控性差等劣勢，在一定程度上能實現(xiàn)磁有序納米復合材料的大量生產(chǎn)。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0007]—種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，包括儲液槽、氣泡噴射管、玻璃管、氣泡發(fā)生器、噴氣管、氣流發(fā)生器、接收裝置、支架臺、磁控裝置以及與儲液槽連通的供液裝置，所述玻璃管的一端連通氣泡發(fā)生器，另一端穿過儲液槽內(nèi)部并延伸至與氣泡噴射管內(nèi)部連通，所述噴氣管設(shè)置于氣泡噴射管的側(cè)面并與氣流發(fā)生器連接，所述接收裝置設(shè)于氣泡噴射管的上方，并與支架臺連接固定，所述磁控裝置安裝于支架臺上。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述噴氣管包括第一噴氣管與第二噴氣管，所述氣流發(fā)生器包括第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，所述第一噴氣管與第二噴氣管分別連接第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，并對稱設(shè)置于氣泡噴射管的兩側(cè)。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁控裝置包括兩塊相互平行的磁鐵，所述磁鐵對稱設(shè)置于氣泡噴射管軸線的外側(cè)。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁鐵為異名磁極磁鐵。
[0011]作為本發(fā)明的進一步改進，所述接收裝置包括兩個滾筒及連接兩個滾筒的金屬網(wǎng)。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁鐵與接收裝置之間設(shè)置有距離調(diào)節(jié)裝置，所述磁鐵與接收裝置的距離調(diào)節(jié)范圍為l-5cm。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁控裝置包括用于調(diào)節(jié)磁場強度的磁強控制器，所述磁場強度調(diào)節(jié)范圍為0-5T。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，所述支架臺設(shè)有升降桿與支架臺底座，所述升降桿用于調(diào)節(jié)所述接收裝置與氣泡噴射管的高度，所述高度調(diào)節(jié)范圍為0.2-lm。
[0015]—種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲方法，包括如下步驟:
[0016]將磁性納米粒子分散在聚合物溶液中，超聲波處理后，獲得均勻分散的磁性聚合物溶液；
[0017]將所述磁性聚合物溶液注入供液裝置中，打開供液裝置，向儲液槽中輸送磁性聚合物溶液，同時打開氣泡發(fā)生器，使氣泡噴射管中產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的氣泡上升至氣泡噴射管的頂端而破裂，所述供液裝置的供液速率與氣泡發(fā)生器產(chǎn)生氣泡的速率成正比；
[0018]打開氣流發(fā)生器，調(diào)節(jié)氣流速度，同時打開磁控裝置，調(diào)節(jié)磁場強度，并調(diào)節(jié)磁控裝置與接收裝置的距離、及接收裝置與氣泡噴射管的高度，氣流從噴氣管噴射而出，將破裂的氣泡拉伸細化形成隨機取向的納米纖維，所述隨機取向的納米纖維經(jīng)過磁控裝置產(chǎn)生的磁場控制區(qū)域，受磁場力作用被拉伸形成有序磁性納米纖維，并被收集在接收裝置上。
[0019]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磁性納米粒子為Fe304、γ -Fe203、Ni或CoFe204，所述聚合物溶液為PVA、PVP、PVDF或PS溶液。
[0020]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0021]在帶磁性納米粒子的聚合物溶液表面形成氣泡，并以氣流為動力，氣泡破裂后產(chǎn)生無數(shù)條微細液柱，在高速氣流的作用下被進一步拉伸細化形成大量的磁性納米纖維，極大的提高了磁性納米纖維材料的產(chǎn)量；
[0022]在氣泡噴射管外側(cè)安裝兩塊對稱的磁鐵作為磁控裝置，通過對磁場強度、兩磁鐵間距、磁控裝置與接收裝置間距、接收裝置與氣泡噴射管間距等紡絲條件的適當控制，從而很好地控制了磁流體的運動軌跡，以便氣泡破裂后產(chǎn)生的帶磁性的射流在磁場的約束下有規(guī)律的運動，使得在接收裝置上收集到的磁性納米纖維材料的取向性會極大增加；
[0023]整個紡絲過程是在無靜電作用下完成的，并不需要額外的輔助模板，紡絲工藝簡單易控，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明一【具體實施方式】中氣流氣泡紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明一【具體實施方式】中接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為本發(fā)明一【具體實施方式】中磁控裝置安裝于支架臺上的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]附圖中涉及的附圖標記和組成部分說明:1.儲液槽;2.氣泡噴射管；3.玻璃管;4.氣泡發(fā)生器;5.噴氣管;6.氣流發(fā)生器;7.接收裝置;8.支架臺；9.磁控裝置；10.供液裝置；
11.磁鐵;12.載物板;13滾筒;14.金屬網(wǎng)；15升降桿;16.支架臺底座;17.氣泡。
【具體實施方式】
[0029]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0030]請參見圖1，是本發(fā)明中制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，氣流氣泡紡絲裝置包括儲液槽1、氣泡噴射管2、玻璃管3、氣泡發(fā)生器4、噴氣管5、氣流發(fā)生器6、設(shè)于氣泡噴射管2上方的接收裝置7、與接收裝置7連接固定的支架臺8、磁控裝置9以及與儲液槽連通的供液裝置10。
[0031]氣泡噴射管2開口向上安裝于儲液槽I上，供液裝置10與儲液槽I之間設(shè)有輸液導管，供液裝置10通過該輸液導管向儲液槽I中提供磁性聚合物溶液，其中，氣泡噴射管2優(yōu)選采用圓柱形，有利于氣泡的成形，并且儲液槽I與氣泡噴射管2之間為密閉連接，可以避免磁性聚合物溶液泄露以及溶劑揮發(fā)造成溶液性質(zhì)改變，影響后續(xù)磁有序納米復合材料的制備。
[0032]儲液槽I的一側(cè)設(shè)置氣泡發(fā)生器4，玻璃管3的材質(zhì)為鋼化玻璃，其內(nèi)部中空，一端連通氣泡發(fā)生器4，另一端穿過儲液槽I的內(nèi)部并開口向上延伸至與氣泡噴射管2內(nèi)部連通，氣泡發(fā)生器4通過玻璃管3在氣泡噴射管2內(nèi)形成聚合物氣泡。
[0033]儲液槽I的側(cè)面設(shè)置有氣流發(fā)生器6，氣流發(fā)生器6可形成高壓氣流，氣流發(fā)生器6與噴氣管5連接，優(yōu)選的，噴氣管5包括第一噴氣管與第二噴氣管，氣流發(fā)生器6包括第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，第一噴氣管與第二噴氣管分別連接第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，并對稱設(shè)置于氣泡噴射管2的兩側(cè)，由氣流發(fā)生器6產(chǎn)生的高壓氣流經(jīng)噴氣管5噴出，破裂的氣泡在氣流的作用下被拉伸細化形成大量的納米纖維。
[0034]磁控裝置9安裝在支架臺8上，其中磁控裝置9包括兩塊相互平行的長方體磁鐵11，這兩塊磁鐵11對稱設(shè)置在氣泡噴射管2軸線的外側(cè)，并且兩塊磁鐵11為異名磁極磁鐵，由此可以在兩塊磁鐵11之間形成均勻的磁場，磁控裝置9還包括用于調(diào)節(jié)磁場強度的磁強控制器，磁場強度調(diào)節(jié)范圍優(yōu)選為0-5T，在此范圍內(nèi)，可以更好的控制磁流體的運動軌跡，大量的無序磁性納米纖維材料在磁場的作用下取向度大幅增加，最終形成大量的有序磁性納米復合材料，從而收集在接收裝置7上。
[0035]請參見圖2，是本發(fā)明接收裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，接收裝置7由滾筒13和金屬網(wǎng)14組成，氣泡紡絲時，滾筒13帶動金屬網(wǎng)14緩慢轉(zhuǎn)動，使接收的磁有序納米復合纖維材料的均勻性得到提尚。
[0036]請參見圖3，是本發(fā)明磁控裝置安裝于支架臺上的結(jié)構(gòu)示意圖，磁鐵11與接收裝置7之間設(shè)置有距離調(diào)節(jié)裝置，距離調(diào)節(jié)裝置例如可以是安裝在載物板12上的滑軌，磁鐵11安裝在載物板12上的滑軌上，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)磁鐵11的位置，從而方便調(diào)節(jié)磁鐵11到接收裝置7之間的距離，磁鐵11與接收裝置7之間的距離調(diào)節(jié)范圍優(yōu)選為l-5cm，在此范圍內(nèi)，可以更好的控制磁流體的運動軌跡。
[0037]支架臺8包括升降桿15和支架臺底座16，升降桿15為可伸縮式，可用于調(diào)節(jié)接收裝置7與氣泡噴射管2的豎直高度，豎直高度調(diào)節(jié)范圍優(yōu)選為0.2-lm，根據(jù)紡絲的需要進行調(diào)節(jié)，在此范圍內(nèi)，可以更好的控制磁流體的運動軌跡。
[0038]采用上述的氣流氣泡紡絲裝置制備磁有序納米復合材料，包括如下步驟:
[0039]將磁性納米粒子，例如Fe304、γ -Fe2O3、Ni或CoFe2O4等磁性納米粒子，分散在例如PVA、PVP、PVDF或PS等聚合物所形成的聚合物溶液中，然后對該混合溶液進行超聲波處理，獲得組成性質(zhì)均勻分散的磁性聚合物溶液；
[0040]將獲得的磁性聚合物溶液注入到供液裝置10中，打開供液裝置10，開始向儲液槽I中輸送該磁性聚合物溶液，在儲液槽I中裝滿該磁性聚合物溶液，同時打開氣泡發(fā)生器4，調(diào)節(jié)至適當?shù)钠鹋菟俾省馀?7在玻璃管3連通氣泡噴射管2內(nèi)部那端的磁性聚合物溶液中產(chǎn)生，供液裝置10的供液速率與氣泡發(fā)生器4產(chǎn)生氣泡17的速率成正比，使氣泡17的產(chǎn)生均勻而穩(wěn)定，產(chǎn)生的氣泡17逐漸上升到氣泡噴射管2的頂端破裂；
[0041 ]同時，打開氣流發(fā)生器6，根據(jù)需求調(diào)節(jié)至適當?shù)臍鈮捍笮〖皻饬魉俣?，同時打開磁控裝置9，調(diào)節(jié)磁場強度，并調(diào)節(jié)磁控裝置9與接收裝置7之間的距離、及接收裝置7與氣泡噴射管2之間的高度。以氣流為動力，氣流發(fā)生器6產(chǎn)生的氣流通過噴氣管5噴射而出，上升至氣泡噴射管2頂端的氣泡17破裂后產(chǎn)生無數(shù)條微細液柱，在噴射出的高速氣流的作用下被拉伸細化形成大量無序的隨機取向的磁性納米纖維，極大的提高了磁性納米纖維材料的產(chǎn)量，大量無序的隨機取向的磁性納米纖維在磁控裝置9產(chǎn)生的磁場控制區(qū)域中有規(guī)律的運動形成有序的磁性納米纖維，最后磁性納米纖維被收集在接收裝置7上，從而獲得大量的磁有序納米復合材料。
[0042]本發(fā)明提出一種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置及利用該裝置進行氣流氣泡紡絲的方法，氣流氣泡紡絲裝置包括儲液槽1、氣泡噴射管2、玻璃管3、氣泡發(fā)生器4、噴氣管5、氣流發(fā)生器6、設(shè)于氣泡噴射管2上方的接收裝置7、與接收裝置7連接固定的支架臺8、安裝于支架臺8上的磁控裝置9以及與儲液槽連通的供液裝置10，玻璃管3的一端連通氣泡發(fā)生器，另一端穿過儲液槽I內(nèi)部并延伸至與氣泡噴射管2內(nèi)部連通，噴氣管5設(shè)置于氣泡噴射管2的側(cè)面并與氣流發(fā)生器6連接，紡絲時，在帶磁性納米粒子的聚合物溶液表面形成氣泡，氣泡上升破裂后以氣流為動力被進一步拉伸細化形成大量的磁性納米纖維，磁控裝置包括氣泡噴射管外側(cè)安裝的兩塊對稱的磁鐵，通過對磁場強度、兩磁鐵間距、磁控裝置與接收裝置間距、接收裝置與氣泡噴射管間距等紡絲條件的適當控制，從而控制磁流體的運動軌跡，獲得大量的磁有序納米復合材料。
[0043]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權(quán)利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0044]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，包括儲液槽、氣泡噴射管、玻璃管、氣泡發(fā)生器、噴氣管、氣流發(fā)生器、接收裝置、支架臺、磁控裝置以及與儲液槽連通的供液裝置，所述玻璃管的一端連通氣泡發(fā)生器，另一端穿過儲液槽內(nèi)部并延伸至與氣泡噴射管內(nèi)部連通，所述噴氣管設(shè)置于氣泡噴射管的側(cè)面并與氣流發(fā)生器連接，所述接收裝置設(shè)于氣泡噴射管的上方，并與支架臺連接固定，所述磁控裝置安裝于支架臺上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述噴氣管包括第一噴氣管與第二噴氣管，所述氣流發(fā)生器包括第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，所述第一噴氣管與第二噴氣管分別連接第一氣流發(fā)生器與第二氣流發(fā)生器，并對稱設(shè)置于氣泡噴射管的兩側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述磁控裝置包括兩塊相互平行的磁鐵，所述磁鐵對稱設(shè)置于氣泡噴射管軸線的外側(cè)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述磁鐵為異名磁極磁鐵。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述接收裝置包括兩個滾筒及連接兩個滾筒的金屬網(wǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述磁鐵與接收裝置之間設(shè)置有距離調(diào)節(jié)裝置，所述磁鐵與接收裝置的距離調(diào)節(jié)范圍為1-5cm07.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述磁控裝置包括用于調(diào)節(jié)磁場強度的磁強控制器，所述磁場強度調(diào)節(jié)范圍為0-5T。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲裝置，其特征在于，所述支架臺設(shè)有升降桿與支架臺底座，所述升降桿用于調(diào)節(jié)所述接收裝置與氣泡噴射管的高度，所述高度調(diào)節(jié)范圍為0.2-lm。9.一種制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲方法，其特征在于，選用權(quán)利要求1-8中任一項所述的氣流氣泡紡絲裝置，包括如下步驟: 將磁性納米粒子分散在聚合物溶液中，超聲波處理后，獲得均勻分散的磁性聚合物溶液； 將所述磁性聚合物溶液注入供液裝置中，打開供液裝置，向儲液槽中輸送磁性聚合物溶液，同時打開氣泡發(fā)生器，使氣泡噴射管中產(chǎn)生氣泡，產(chǎn)生的氣泡上升至氣泡噴射管的頂端而破裂，所述供液裝置的供液速率與氣泡發(fā)生器產(chǎn)生氣泡的速率成正比； 打開氣流發(fā)生器，調(diào)節(jié)氣流速度，同時打開磁控裝置，調(diào)節(jié)磁場強度，并調(diào)節(jié)磁控裝置與接收裝置的距離、及接收裝置與氣泡噴射管的高度，氣流從噴氣管噴射而出，將破裂的氣泡拉伸細化形成隨機取向的納米纖維，所述隨機取向的納米纖維經(jīng)過磁控裝置產(chǎn)生的磁場控制區(qū)域，受磁場力作用被拉伸形成有序磁性納米纖維，并被收集在接收裝置上。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備磁有序納米復合材料的氣流氣泡紡絲方法，其特征在于，所述磁性納米粒子為Fe304、γ _Fe203、Ni或CoFe2O4,所述聚合物溶液為PVA、PVP、PVDF或PS溶液。
【文檔編號】D01D5/14GK105821496SQ201610255301
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】何吉歡, 劉鵬, 劉志
【申請人】蘇州大學