高透明的柔性中空金属纳米纤维膜

　　　　　　　　　　　　高透明的柔性中空金属纳米纤维膜

　　高透明的金属薄膜具有高导电、防电磁波、抗静电、保温隔热等优异性能在光学器件、军事及民用领域具有广泛的应用。与传统的无机陶瓷膜相比，金属薄膜在机械强度、韧性，热稳定性好等更具有明显优势。薄膜的制备方法主要有液相法和气相沉积法。液相法主要包括电镀和化学镀。液相法虽然也能制备光学级的金属薄膜，但膜层质量较差，厚度不易精确控制，污染严重，已基本被气相沉积法取代。气相沉积法绝大部分是在真空下进行的，通常称为真空镀膜。物理气相沉积最适合于金属薄膜的镀制，镀层附着力强、工艺温度低、镀层纯度高、结构致密、对环境无污染，具有广阔的发展前景，但这种方法首先需要制备高精度和高纯度的靶材，并且需要昂贵的真空制备，所以工业成本高，不利于工业化生产。

本文提出一种成本低的高透明的柔性中空金属纳米纤维膜及其制备方法，这种高透明的柔性中空金属纳米纤维膜制备方法，主要是先通过静电纺制备聚合物纳米纤维为基底，然后采用静电喷雾方法将金属化合物前驱体沉积在聚合物纳米纤维表面，通过高温分解去除有机物纤维芯儿获得中空结构的无机纳米纤维，后经过还原反应，得到高透明的柔性中空金属纳米纤维膜。该自支撑的中空金属纳米纤维膜具有高导电性、高的光学透明性、以及近红外反射等特点，在塑料薄膜太阳能电池、柔性电光器件、透明电极、高效保温隔热等领域有巨大的潜在应用价值。具体技术方案如下：

步骤一:聚合物纳米纤维膜基板的制备；

(A)将聚合物溶解于第一溶剂中，混合均匀得到静电纺丝用溶液；1重量份的聚合物中加入5〜20重量份的第一溶剂；选取的聚合物为聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种；选取的第一溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一种或两种；

(B)将静电纺丝溶液通过静电纺丝设备电纺获得聚合物纳米纤维膜的基底；设置静电纺丝设备的工作电压为10〜30kV，喷射口到基底的距离为10〜30cm，静电纺丝的进料速度为0.1〜1.0mL/h,电纺时间为10〜60min ；

步骤二:复合纤维膜的制备；

(A)将金属化合物、聚合物溶解于第二溶剂中，混合均匀得到静电喷雾用溶液；I重量份的聚合物中加入I〜10重量份的金属化合物，2.5〜5重量份的第二溶剂；选取的金属化合物是含有Au、Ag、Al、Cu金属的可溶性化合物溶液，如氯金酸H3AuCl6,硝酸银AgNO3,三氯化铝AlCl3,硝酸铝Al (NO3) 3，硫酸铝Al2 (SO4) 3，硫酸铜CuSO4,硝酸铜 Cu (NO3)2 ；选取的聚合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙酸乙烯酯(PVAc)中的一种或两种；选取的第二溶剂为去离子水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、N，N-二甲基甲酰胺中的一种或两种；

(B)将静电喷雾溶液通过静电纺丝设备直接喷雾到步骤一得到的聚合物纳米纤维基底上，制得金属化合物和聚合物的复合纳米纤维膜；设置静电纺丝设备的工作电压为7〜30kV，喷射口到聚合物纤维基底(在步骤一中制得的)的距离为4〜15cm，进料速度为0.02〜0.2mL/h，静电喷雾的时间为I〜30min ；

步骤三:中空金属氧化物纤维膜的制备：将步骤二制得的复合纤维膜，置于程序控温马弗炉中，在空气氛围下，升温速率为0.5〜10°C /min，升温至400〜1000°C，在400〜1000°C温度下煅烧I〜8小时，得到中空金属氧化物纤维膜；

步骤四:金属纤维膜的制备：将步骤三制得的中空金属氧化物纤维膜，置于管式炉中，在氢气或一氧化碳氛围下，升温速率为0.5〜10°C /min，升温至300〜800°C，在300〜800°C温度下煅烧时间1min〜6小时,得到空心金属纳米纤维膜。

与现有技术相比，本方案的优点在于:①制备出的高反射、透明的柔性中空金属纤维膜，具有高光学透明性、高导电性、近红外反射性。②静电纺丝法制备的空心金属纤维膜的尺寸可控，重复性高、工艺简单、效率高、成本低，可实现产业化的制备。