稀土离子-聚氯乙烯纳米纤维的制备与性能研究

1、-范文最新推荐- 稀土离子-聚氯乙烯纳米纤维的制备与性能研究 摘要：本文采用静电纺丝法制备稀土离子（LaPO4,Ce3+/Tb3+）/聚氯乙烯复合纳米纤维，通过调节聚氯乙烯溶液浓度、稀土离子掺杂浓度、推进速度等工艺条件，实现了LaPO4,Ce3+/Tb3+与PVC的复合，制备出直径分布均匀、具有荧光效果的复合纳米纤维。利用扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）、X-射线衍射（XRD）和荧光光谱（FS）对纤维的形态、力学性能和发光性能进行表征。着重讨论了电纺溶液的浓度、推进速度、稀土离子掺杂浓度等因素对复合纳米纤维表面形态的影响。SEM照片表明细胞在纤维表面的良好附着与增殖。

2、与纯PVC纤维对比，复合纤维具有较好的发光性能，荧光显微镜方便我们做细微的观察。这类纤维可以应用在组织工程。7501关键词：稀土离子；聚氯乙烯；静电纺丝；性能；Fabrication and Properties of Electrospinning Rare Earth Ions/PVC Composite NanofibersAbstract: In this paper, we fabricated a series of rare earth ions (LaPO4,Ce3+/Tb3+)/ polyvinyl chloride (PVC) nanofibers by electrosp

3、inning technology rare earth ions/ using different process conditions. Scanning electron microscope (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD) and fluorescence spectra (FS) were used to be characterized on the fiber morphology, mechanical properties, and optical

4、luminescence properties of the composite nanofibers. In addition, effects of solution concentration, spinning flow rate, concentration of rare earth ions on the morphology and properties of rare earth ions/PVC composite nanofibers were discussed.Key Words: Rare Earth Ions•PVC•Electrospinni

5、ng technology•Properity目录摘要：4引言：51.实验部分71.1 实验仪器与试剂71.2 PVC纳米纤维的制备7 随着静电纺丝技术的发展、对各种聚合物的可纺性的摸索、对纺丝过程中各项工艺参数的探究、对纤维成分多样化及结构的精细调控，使得静电纺丝技术在组织工程、药物释放、创伤辅料、微电子器件等生物医学工程领域有很好的应用，使得人们对其得以产业化制造产生强烈的需求，研究者便不断地改进其装置以满足实际应用的需要，各类工艺简单、操作方便、可连续生产的静电纺丝装置相继出现并在生物医学工程领域投入应用。因此，制备具有适宜的理化特性的电纺纤维支架在生物医学工程领域有着宝贵的科

6、学研究价值和重大的临床意义。稀土离子凭借其独特的荧光特性广泛应用于发光领域(如光致发光、电致发光)，在激光材料和太阳能转换材料等领域具有潜在的应用前景，我国的稀土资源和产量均占世界首位，只因稀土有机配合物的稳定性较差，从而限制了其应用。因此，开发新型高效稀土荧光材料的研究具有十分重要的现实意义，拓展稀土新材料的应用领域已经迫在眉睫。通过静电纺丝法，将稀土离子与高聚物复合而得的纳米纤维将会引领一个新的时代。电纺稀土离子LaPO4,Ce3+/Tb3+与PVC复合纳米纤维的主要步骤是将可溶性的稀土离子LaPO4,Ce3+/Tb3+溶于PVC溶液中，以此作为前驱体溶液进行高压静电纺丝，获得具有纳米尺寸

7、的稀土离子LaPO4,Ce3+/Tb3+/PVC复合纳米纤维。以静电纺丝技术制取的稀土离子/聚氯乙烯纳米纤维拥有许多独特的功能，这些功能也在多个领域中描绘出了广阔的应用前景，其中最吸引眼球的方面是在生物医学组织工程方面的应用。其一，从原料方面来讲，PVC造价便宜、无味无毒，不会对人体的皮肤或是呼吸系统造成任何刺激，具有耐热度好，低温柔性强，耐雨、耐火、抗静电且在生物体内不会降解等特性，LaPO4,Ce3+/Tb3+制备手段已经比较成熟，来源稳定；其二，从结构方面来讲，掺杂稀土离子的PVC纳米纤维直径分布更加的均匀，较之未加稀土离子，有助于细胞更好的均等附着在纤维上；其三，从仿生学方面来讲，稀土

8、离子/PVC纳米纤维与人的组织器官在形式与结构上有许多相似的地方，作为细胞培养支架能够较好的仿生细胞外基质结构和功能，起到细胞外基质的作用，能够为细胞的生存提供类天然的微环境，有利于细胞的黏附、分化、增殖，促进组织再生，这就为其在组织器官修复方面提供了可能；其四，从尺寸方面来讲，稀土离子/PVC纳米纤维的直径比细胞要小许多，具有可使细胞自主进入的孔隙结构（50-100μm），促进细胞、组织体对外界环境的营养吸取，提高细胞、组织体的活性和功能；其五，稀土离子LaPO4,Ce3+/Tb3+在254nm的荧光下发出较为柔和的绿光，掺入PVC纳米纤维中使得纤维拥有功能化，更加方便观察、诱导和调节

9、细胞的行为（如：细胞的粘附、增值率等）。 试剂：PVC（分析纯；MW=200K）；DMF（分析纯；天津市富宇精细化工有限公司）；THF（分析纯；天津市富宇精细化工有限公司）；稀土离子（LaPO4,Ce/Tb,CTAB,绿光，棒状）1.2 PVC纳米纤维的制备首先取0.4mL DMF溶液，1.6mL THF溶液加入到小瓶中配制成所需溶剂，将分子量为200K的PVC粉末加到溶剂中配制成浓度为0.10kg/L的溶液3份(如表1所示)，标号A、B、C,室温下磁力搅拌2h后超声分散20min，形成均一稳定的前驱体溶液，进而讨论流速对实验的影响。编号号条件流速PVC浓度A0.5ml/h10B1.0ml/h

10、10C1.5ml/h10表1不同流速的10%浓度溶液下PVC纳米纤维的SEM照片然后取0.4mL DMF溶液，1.6mL THF溶液加入到小瓶中配制成所需溶剂，将分子量为200K的PVC粉末加到溶剂中配制成浓度为0.08g/mL、0.10g/mL、0.12g/mL的溶液各一份(如表2所示)，标号A、B、C，室温下磁力搅拌2h后超声分散20min，形成均一稳定的前驱体溶液，进而讨论浓度对实验的影响。编号号条件流速PVC浓度A1.0ml/h8B1.0ml/h10C1.0ml/h12表2不同浓度的1.0mL/h流速下的PVC溶液根据标号顺序将前驱体溶液加入到注射器中，通过恒流推进泵控制流速进行静电纺

11、丝。控制纺丝电压为14kV,接收板为20cm×20cm的锡箔纸，接收距离为20cm，温度为10，湿度控制在30%RH，得到纵横交错的PVC纳米纤维。1.3 稀土离子/PVC纳米纤维的制备采用水热法合成稀土离子（Ce3+/Tb3+）掺杂的LaPO4纳米材料。向20.0mL Ln（NO3）3（Ln=La3+,Ce3+,Tb3+且比例为15:4:1）溶液中加入2.0mmol的磷酸氢二铵，再加入0.1g的表面活性剂CTAB，搅拌均匀后转移到不锈钢反应釜的内衬中，将反应釜密闭后于180恒温24小时，自然冷却至室温，离心分离，将沉淀用蒸馏水、无水乙醇各洗涤几次后，于70下干燥12h得样品，准备进一步的电纺复合纳米纤维。 图B是浓度为10的PVC溶液