碳纳米纤维的特点及应用领域

■ 张晓军

〔塔城地区纤维检验所，新疆乌苏833000〕

碳纳米纤维的特点及应用领域

■ 张晓军

〔塔城地区纤维检验所，新疆乌苏833000〕

碳纳米纤维具有较大的比表面积、孔径小、较好的吸附性能，其碳纳米管、活性炭等在污水处理方面应用较广泛。碳纳米纤维（CNFs）强度高、密度低、比表面积大，吸附性和导电性都很强。利用静电纺丝技术制备的CNFs不仅有上述特点，经高温碳化制备的CNFs还具有品质高、长径比高等优点，在各领域的应用前景很广阔。本文利用CNFs的高比表面积和强导电性制备CNFs复合纳米材料，是复合纳米材料的一个重要研究方向。随着工业的发展，我们生存的环境不断遭到破坏，如何便捷有效地治理污染成为科学界研究的重点方向之一。利用光催化的方法能在反应条件较宽松的环境下把各种有机污染物还原成无机物，以此为依据的光催化技术可以直接利用太阳光并且能在室温下完成反应。半导体光催化剂价格低廉、光催化效果很好，氧化铈（CeO2）就是其中的一种，它催化效果好、无毒无害，而且可以批量生产，吸引了众多科研者的眼球。利用静电纺丝法制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维原丝，经过预氧化和高温碳化过程得到一维碳纳米纤维。使用浓硝酸对CNFs的表面进行活化处理，使纤维表面含有羧基、羟基等官能团，为CNFs基复合纳米材料的制备提供丰富的生长位点。将经活化的CNFs作为模板材料，用水热法将纳米CeO2成功地与CNFs复合，制成CNFs/CeO2复合材料。论文系统地研究了材料制备过程的各种因素对材料的微观结构、形貌、尺寸的影响，并对其光催化性能进行了研究。结果表明，水热合成过程的前驱体溶液浓度对复合材料体系中CeO2的负载量、尺寸、分散程度等有重要影响；复合纳米材料在紫外光的照射下降解罗丹明B溶液时显示了很好的光催化活性。由于两者的复合，避免了纳米CeO2微粒的聚集，增大了光催化剂与反应物的接触面积，有效提高了CeO2的光催化活性；CNFs及时将光生电子导走，延长了光生电子-空穴对的复合时间，极大地提高了光催化效率。这一类新型复合材料也为复合材料在光催化领域的应用提供了参考。

近年来，纳米技术在许多学科领域都引起了广泛的重视，而纳米材料的制备及其应用更是已经成为当前材料科学研究的热点。静电纺丝技术是一种简单、有效的制备超细纤维的方法，制备纤维具有比表面积大、孔隙率高等优点，许多我们期望可以通过混纺或纺丝后的后处理得到，笔者将该技术用于制备可包覆纳米金属等功能化材料的复合纤维，改善纳米颗粒在水相中的团聚性，提高反应活性，在环境修复方面发挥重大作用。对环境修复材料而言，纳米结构材料的高表面积体积比能极大程度地提高修复材料与污染物之间的作用效率。

全球每年数百万人因热水、火焰或者热油遭受烧烫伤，烧伤创面敷料为创面提供良好的愈合微环境，对于创面愈合起着至关重要的作用。虽然许多伤口敷料已应用于临床实践中，但是很少有伤口敷料可以充分满足创面愈合的多项要求。例如，棉花纱布敷料虽然能较好地吸收渗液，但在预防创面感染、促进创面愈合方面并不理想。异种皮（如小猪皮）用于覆盖创面，虽然有较好地促进组织生长作用，但因其昂贵的价格难以在临床大范围使用。对于良好的烧伤敷料来说，如何防止创面感染、促进创面愈合是亟待解决的关键问题。静电纺丝技术（以下称电纺）制备的纳米纤维支架具有与天然细胞外基质（ECM）相似的形态特点：连续超细纤维、高表面