DOI:10.1016/j.jallcom.2020.154502

具有优异机械性能的氧化铝纳米纤维是作为复合材料的增强材料的理想选择。本研究采用静电纺丝技术与溶胶-凝胶法制备氧化铝纳米纤维。以硝酸铝和异丙醇铝为原料制备了氧化铝前驱体溶胶。研究并比较了以聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯吡咯烷酮为模板剂，经900℃煅烧后制备的纳米纤维的形貌、微观结构和力学性能。这三种纤维样品均为连续结构且γ-Al2O3相组成相同。但其表面粗糙度、直径分布、致密程度、晶化温度、晶粒尺寸、拉伸强度和弹性模量完全不同。从纺丝溶液的均匀性、聚合物的分解行为以及缺陷和晶粒的数量和尺寸等方面讨论了产生这些差异的可能机制。这项研究的发现有助于理解一个经常被忽视的概念，即聚合物类别对电纺氧化物纳米纤维的结构和性能的重要作用，特别是在要求增强机械性能的情况下。

图1.不同聚合物模板制备的前驱体纳米纤维的SEM图像和直径分布直方图：（a）（b）NFPVA、（c）（d）NFPVB和（e）（f）NFPVP。

图2.使用不同聚合物模板制备的氧化铝纳米纤维的SEM图像和直径分布直方图：（a）（b）NFPVA、（c）（d）NFPVB和（e）（f）NFPVP。插图显示了纤维表面的形态。

图3.（a）不同聚合物纳米纤维和（b）使用不同聚合物模板制备的初纺前驱体纳米纤维的TGA-DTG曲线。

图4.不同聚合物模板制备的前驱体纳米纤维的DSC曲线。

图5.不同聚合物模板制备的氧化铝纳米纤维的XRD图。

图6.（a）不同聚合物模板制备的氧化铝纳米纤维的微晶尺寸和（b）晶格参数a、b和c。

图7.不同聚合物模板制备的电纺氧化铝纳米纤维的TEM图像：（a）（b）NFPVA、（c）（d）NFPVB和（e）（f）NFPVP。插图显示了电子衍射（ED）模式。

图8.（a）不同聚合物模板制备的氧化铝纳米纤维膜的典型应力-应变曲线和（b）拉伸应力。插图分别显示了纤维膜断裂后和负载下的光学照片。

图9.（a）典型AFM力曲线和（b）不同聚合物模板制备的单个氧化铝纳米纤维的弹性模量。插图分别显示了束结构的三维 AFM图像和弯曲的纳米纤维膜的光学照片。

图10.电纺（a）PVA、（c）PVB和（e）PVP纳米纤维的SEM图像，以及前驱体（b）NFPVA、（d）NFPVB和（f）NFPVP的形态示意图。

图11.使用不同聚合物模板制备的电纺氧化铝纳米纤维的平均直径收缩百分比。

图12.使用不同的聚合物模板制备的氧化铝纳米纤维的N2吸附-解吸等温线。插图显示了NFPVA等温线的放大视图。

图13.氧化铝纳米纤维不同结晶度和晶粒尺寸的可能机理：（a）NFPVA、（b）NFPVB和（c）NFPVP。