佟艷斌，何丹鳳，溫健陽，張曉妮

（1.大慶師范學院 化學化工學院，黑龍江 大慶 163712；2.大慶油田化工集團 東昊公司 油氣處理分公司，黑龍江 大慶 163712）

一維納米材料具有獨特的光、電和磁性質(zhì)，因此，很多研究者都在從事這方面的研究。靜電紡絲方法由于具有操作簡單、設備便宜等特性也被用來制備微-納米纖維。靜電紡絲裝置主要由毛細管噴頭、纖維收集板（器）、聚合物流體供給系統(tǒng)和高壓發(fā)生裝置4部分組成。靜電紡絲是聚合物溶液或熔體在靜電作用下進行噴射拉伸而獲得微納米級纖維的紡絲方法[1,2]，制備的纖維主要分為有機-聚合物[3]、聚合物[4]及無機-聚合物纖維[5]，一維的無機-有機混合物一直是研究的熱點，因為它具有有機物的可加工性、質(zhì)輕、柔韌性和無機物的硬度、漂亮的形態(tài)、熱、抵抗化學腐蝕和光的性能[6]。因此，用靜電紡絲的方法制備了ZnS∶Mn/聚乙烯吡咯烷酮無機-聚合物纖維，并且研究了加熱對纖維的影響。選用的無機物ZnS∶Mn具有發(fā)光效率高、化學穩(wěn)定性強的特性，可以應用于顯示技術領域。例如：陰極射線、X射線發(fā)光和發(fā)光傳感器等實際應用領域[7]。

1 實驗部分

1.1 實驗藥品及儀器

聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone，PVP，Mw=1,300,000），二甲基甲酰胺（DMF）、Zn（CH3COO）2·2H2O、Mn（CH3COO）2·4H2O、Na2S·9H2O，以上試劑均為北京雙環(huán)有限公司生產(chǎn)。

S-570掃描電子顯微鏡（日立日本）；熒光光譜儀（Varian美國）；JEM-1011透射電子顯微鏡（TEM）（日本）；Siemens D5005 X-射線衍射儀。

1.2 ZnS:Mn/PVP初溶液的制備

PVP 溶解在 DMF 中，Zn（CH3COO）2·2H2O 和Mn（CH3COO）2·4H2O溶解于水中，將兩種溶液混合，溶液在N2保護下攪拌，加熱到90℃，加入Na2S水溶液，攪拌6h，就制得了原始的ZnS∶Mn/PVP溶液。

所用的各個藥品的質(zhì)量是：Zn（CH3COO）2·2H2O（1.2518g），Mn（CH3COO）2·4H2O（0.0311g），Na2S·9H2O（1.3730g），PVP（2.4109g），H2O（4.3908g），DMF（11.1357g）。

1.3 電紡溶液及纖維的制備

稱取初溶液2.0016g，加入乙醇1.5318g，然后在室溫下攪拌2d，制得了ZnS:Mn/PVP電紡溶液，制備的纖維一半用真空烘箱加熱到180℃，電紡電壓是17kV，噴嘴到接收板的距離是15cm。

2 討論部分

圖1是ZnS∶Mn/PVP纖維的掃描照片圖。

圖1 ZnS:Mn/PVP纖維的掃描照片圖Fig.1 Scanogram of ZnS∶Mn/PVP fibre

由圖1可見，圖1a中纖維表面比較光滑，纖維直徑比較細，大約是80～200nm，纖維的長寬比很大，圖1b是加熱處理后的纖維照片，圖片中纖維的表面有一些顆粒，這可能是由于纖維經(jīng)過加熱處理后，纖維中的粒子變大[8]。纖維的直徑總體上略顯變小，可能是由于纖維加熱處理后，PVP揮發(fā)的緣故。另外，發(fā)現(xiàn)纖維加熱處理后纖維之間的分離程度略顯提高，在文獻[8]中此現(xiàn)象更加明顯。

圖2是ZnS∶Mn/PVP纖維的透射照片圖。

圖2 ZnS∶Mn/PVP纖維的透射照片圖Fig.2 Projective specfrum of ZnS∶Mn/PVP fibre

由圖2可見，圖2a中纖維中的納米粒子以蓬松狀態(tài)存在，很難測定單個粒子的大小，圖2b是纖維經(jīng)過加熱處理后的照片，纖維中納米粒子分散度得到了一些提高，粒子的直徑大約在5nm范圍內(nèi)，此直徑要小于文獻[8]中ZnS∶Mn粒子的直徑，通過圖2不但可以知道纖維中存在ZnS∶Mn納米粒子，還可以知道粒子的大小。

圖3是ZnS∶Mn/PVP纖維的熒光光譜圖。

圖3 ZnS∶Mn/PVP纖維的熒光光譜圖Fig.3 Fluorescnce spectrum of ZnS∶Mn/PVP fibre

由圖3可知，紫外光激發(fā)波長是350nm，纖維的發(fā)射峰位置在597nm，源于Mn離子的4T1→6A1轉移[9]，通過發(fā)射峰波長不僅可以說明該纖維具有發(fā)光特性，還可以證明，在纖維中確實存在ZnS∶Mn粒子，因為只有Mn離子摻到ZnS中，595nm處才會有發(fā)射峰。

圖4是ZnS∶Mn/PVP纖維的X射線衍射圖。

圖4 ZnS∶Mn/PVP纖維的X-射線衍射圖Fig.4 X-ray diffraction pattern of ZnS∶Mn/PVP fibre（a）unheated fibre（b）heated fibre

由圖4可見，發(fā)射鋒位置同立方ZnS∶Mn的相似，發(fā)射峰的位置在 2θ=28.91°,48.19°,56.99°，對應的是立方 ZnS∶Mn 的（111），（220），（311）晶面，通過圖形可以證明纖維中存在ZnS:Mn納米晶體，對比4a與4b可以知道，纖維經(jīng)過加熱處理后，峰變得更加凸起，說明粒子的結晶度提高，粒子變大，圖2也進一步證明了此現(xiàn)象。

3 結論

總之，通過靜電紡絲的方法，制備了ZnS∶Mn/PVP纖維，該纖維在紫外光激發(fā)下是發(fā)光的，溶液中的溶劑是DMF、水、乙醇。纖維經(jīng)過加熱處理后，纖維之間的分離度變大，纖維中的納米粒子變的清晰可見，結晶度得到了提高，該纖維在發(fā)光領域有著潛在的應用。

［1］Katta P,Alessandro M,Ramsier R Det al.［J］.Nano Lett，2004，4（11）：2215-2218.

［2］劉燕波，劉文叢，關宏宇，等.［J］.分子科學學報，2004，20（2）：54-57．

［3］Yan E Y,Wang C,Huang Z H,et al.［J］.Mat.Sci.Eng.A，2007，464（1-2）：59-62.

［4］ZhaoQ,XinY,HuangZH,etal.［J］.Polymer,2007,48：4311-4315.

［5］佟艷斌，何丹鳳，張曉妮.［J］.大慶師范學院學報，2009，29（6）:111-113.

［6］Sui X M，Shao C L，Liu Y C.［J］.Appl.Phys.Lett.，2005，87（11）:113115-113118.

［7］Bhargava R N,Gallagher D,Hong X,Nurmikko A.［J］.Phys Rew Lett,1994,72（3）:416-419.

［8］Tong Y B，Jiang Z J，Wang C，et al.［J］.Mater Lett，2008，62（19）：3385-3387.

［9］Maity R，Chattopadhyay K K.［J］.Nanotechnology，2004，15（7）：812-816.