碳納米纖維的特點及應用領域

■ 張曉軍

〔塔城地區纖維檢驗所，新疆烏蘇833000〕

碳納米纖維的特點及應用領域

■ 張曉軍

〔塔城地區纖維檢驗所，新疆烏蘇833000〕

碳納米纖維具有較大的比表面積、孔徑小、較好的吸附性能，其碳納米管、活性炭等在污水處理方面應用較廣泛。碳納米纖維（CNFs）強度高、密度低、比表面積大，吸附性和導電性都很強。利用靜電紡絲技術制備的CNFs不僅有上述特點，經高溫碳化制備的CNFs還具有品質高、長徑比高等優點，在各領域的應用前景很廣闊。本文利用CNFs的高比表面積和強導電性制備CNFs復合納米材料，是復合納米材料的一個重要研究方向。隨著工業的發展，我們生存的環境不斷遭到破壞，如何便捷有效地治理污染成為科學界研究的重點方向之一。利用光催化的方法能在反應條件較寬松的環境下把各種有機污染物還原成無機物，以此為依據的光催化技術可以直接利用太陽光并且能在室溫下完成反應。半導體光催化劑價格低廉、光催化效果很好，氧化鈰（CeO2）就是其中的一種，它催化效果好、無毒無害，而且可以批量生產，吸引了眾多科研者的眼球。利用靜電紡絲法制備聚丙烯腈（PAN）納米纖維原絲，經過預氧化和高溫碳化過程得到一維碳納米纖維。使用濃硝酸對CNFs的表面進行活化處理，使纖維表面含有羧基、羥基等官能團，為CNFs基復合納米材料的制備提供豐富的生長位點。將經活化的CNFs作為模板材料，用水熱法將納米CeO2成功地與CNFs復合，制成CNFs/CeO2復合材料。論文系統地研究了材料制備過程的各種因素對材料的微觀結構、形貌、尺寸的影響，并對其光催化性能進行了研究。結果表明，水熱合成過程的前驅體溶液濃度對復合材料體系中CeO2的負載量、尺寸、分散程度等有重要影響；復合納米材料在紫外光的照射下降解羅丹明B溶液時顯示了很好的光催化活性。由于兩者的復合，避免了納米CeO2微粒的聚集，增大了光催化劑與反應物的接觸面積，有效提高了CeO2的光催化活性；CNFs及時將光生電子導走，延長了光生電子-空穴對的復合時間，極大地提高了光催化效率。這一類新型復合材料也為復合材料在光催化領域的應用提供了參考。

近年來，納米技術在許多學科領域都引起了廣泛的重視，而納米材料的制備及其應用更是已經成為當前材料科學研究的熱點。靜電紡絲技術是一種簡單、有效的制備超細纖維的方法，制備纖維具有比表面積大、孔隙率高等優點，許多我們期望可以通過混紡或紡絲后的后處理得到，筆者將該技術用于制備可包覆納米金屬等功能化材料的復合纖維，改善納米顆粒在水相中的團聚性，提高反應活性，在環境修復方面發揮重大作用。對環境修復材料而言，納米結構材料的高表面積體積比能極大程度地提高修復材料與污染物之間的作用效率。

全球每年數百萬人因熱水、火焰或者熱油遭受燒燙傷，燒傷創面敷料為創面提供良好的愈合微環境，對于創面愈合起著至關重要的作用。雖然許多傷口敷料已應用于臨床實踐中，但是很少有傷口敷料可以充分滿足創面愈合的多項要求。例如，棉花紗布敷料雖然能較好地吸收滲液，但在預防創面感染、促進創面愈合方面并不理想。異種皮（如小豬皮）用于覆蓋創面，雖然有較好地促進組織生長作用，但因其昂貴的價格難以在臨床大范圍使用。對于良好的燒傷敷料來說，如何防止創面感染、促進創面愈合是亟待解決的關鍵問題。靜電紡絲技術（以下稱電紡）制備的納米纖維支架具有與天然細胞外基質（ECM）相似的形態特點：連續超細纖維、高表面