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静电纺丝法制备Mn2O3纳米纤维及其磁性研究 V01.31 2010年1月 高等学校化学 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES No.1 16～19 静电纺丝法制备Mn203纳米纤维 及其磁性研究 李跃军,曹铁平一,孙新丽,邵长路 (1.东北师范大学先进光电子功能材料研究中心,长春130024;2.白城师范学院化学系,白城137000) 摘要采用溶胶一凝胶过程和静电纺丝技术相结合方法,以聚丙烯腈和醋酸锰为前驱物,制得了PAN/ Mn(CHCO0)复合纳米纤维.将该复合纤维高温煅烧,获得了MnO纳米纤维.采用扫描电镜(SEM),红 外光谱(兀1IR),差热一热重(TG—DTA)和X射线衍射(XRD)分析等对样品进行了表征.结果表明,MnO.纳米 纤维为规则的一维结构,直径分布均匀,具有铁磁性一反铁磁性一顺磁性相互转化的特性. 关键词静电纺丝;纳米纤维;三氧化二锰;聚丙烯腈 中图分类号O614;0643文献标识码A文章编号0251-0790(2010J01-0016-04 锰离子通常以Mn,Mn和Mn3种价态存在,相应的氧化物有MnO,MnO:,MnO,和Mn,O, 其中MnO是一种在催化,电学及磁学等方面用途广泛的材料HJ.纳米级Mn20,材料以其良好的离 子交换和分子吸附,电化学,催化和磁性能引起了化学和材料工作者的研究兴趣.表面效应和尺寸效 应对纳米磁体的磁特性有重要的影响,使其相比于块状材料出现表面磁矩增强,表面磁各向异性增 强,阶梯效应和自旋重取向等现象..因此MnO纳米材料的制备和性质研究具有重要意义.近年来, 人们利用水热氧化法,超临界流体干燥法,化学液相沉淀法,液相催化法,水热一热解法和液相催化法 等制备了Mn,O纳米颗粒,纳米线和纳米棒等. 静电纺丝法是一种具有广阔应用前景的纳米材料制备技术,其设备价格低廉,制备工艺简单,能 够制备具有极大比表面积的纳米纤维丝.本文利用溶胶一凝胶过程和静电纺丝技术相结合的方法,成功 制备了MnO纳米纤维,并进行了结构表征和磁性测试.研究表明,Mn0纳米纤维的形貌与煅烧温度 密切相关,Mn,O纳米纤维存在铁磁性一反铁磁性-顺磁性相互转化的特性. 1实验部分 1.1试剂与仪器 醋酸锰[Mn(CH,CO0):?4HO,化学纯,北京化工厂],聚丙烯腈(PAN,M=900000,化学纯, 北京益利精细化学品有限公司),^LⅣ二甲基甲酰胺(DMF,分析纯,天津天泰精细化学品有限公司). HitachiS-570扫描电子显微镜(日本日立公司),Cary500紫外.可见一近红外光谱仪(uV—VIS—NIR, 美国Varian公司),ME800差热一热重分析仪(日本理学公司),RigakuD/max2500VPCX射线衍射仪 (XRD,13本理光),自制的静电纺丝装置.. 1.2前驱体溶液的制备 取2.0gPAN溶于12mLDMF中,在室温下搅拌4h,得到澄清的溶胶.向其中加入0.5g Mn(CHCO0)?4HO,继续搅拌2h,即得到PAN/Mn(CHCOO):前驱体溶液. 1.3PAN/(MnCHCOO)2复合纤维的制备 将适量前驱体溶液倒入注射器,调节注射器倾斜角度大约与水平面成30..选取接收距离为2O cm,施加电压为15kV进行静电纺丝,接收时间为30h,得到PAN/(MnCH.coo):复合纤维.将制备 收稿日期:2009-03-26. 基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划(批准号:NCET-05-0322)和国家自然科学基金(批准号50972027)资助 联系人简介:邵长路,男,博士,教授,博士生导师,主要从事功能纳米材料和无机微孔材料研究.E—mail:clshao@nenu.edu.ca 李跃军等:静电纺丝法制备Mn0纳米纤维及其磁性研究17 的复合纤维置于真空干燥箱内真空干燥24h,备用. 1.4Mn:O3纳米纤维的制备 将PAN/(MnCHCOO)!复合纤维剪成适当大小,平铺在坩埚或方舟内,置于马弗炉中加热.升温 速率控制在30Cc/h,当温度J二升至400,700,900.【=时分别恒温5h,并取样表征. 2结果与讨论 2.1纤维的形貌 罔1是PAN/Mn(CHCO0),复合纤维及其在不同温度下煅烧所得产物的TEM照片.由图l(A)可 见,未经煅烧的PAN/Mn(CHCOO),复合纤维直径约为340nm,表面光滑,尺寸分布均一,彼此没有 交联.当煅烧到400℃时,PAN/Mn(CHCO0),复合纤维仍然保持原来的形貌,直径略有减小 [l(B)],表明此时PAN只是发生了链式反应,Mn(CHCOO),也没有分解;当煅烧温度达到700℃ 时.PAN和Mn(CHCOO)!分解,纤维变细并由一个个小粒子串联而成[图1(c)]