静电纺定向纳米纤维的实验制备及机理和应用研究
发布时间：2021-11-18 03:10
制备纳米纤维的方法有多种,采用静电纺丝法制备纳米纤维,具有经济有效的优点,并且能够适用于多种不同的材料进行纺丝,采用传统静电纺丝法制得的纳米纤维大多是呈纤维毡结构的无序纳米纤维集合体,能够在过滤、电池隔膜等领域进行应用,但不能适用于一些对内部结构有特殊要求的领域,如:组织工程、传感器、光电子器件以及补强材料等方面,而定向的纳米纤维膜由于具有周期性的内部结构,能够在一定程度上弥补普通纳米纤维在结构上的不足,拓宽纳米纤维的应用范围。目前制备定向纳米纤维的方法有多种,通过改变静电纺的接收装置、控制电场和附加磁场等方法可以获得不同形态的定向排列的纳米纤维,包括定向纳米纤维膜、定向纳米纤维束和纱线以及定向纳米纤维包覆纱等,不同形态的纳米纤维应用的领域也各不相同。本文以聚偏氟乙烯（PVDF）作为原料,采用静电纺丝法并设计了阶梯型收集装置,能够有效制备定向纳米纤维膜,而后采用Maxwell电场模拟软件,对纳米纤维沉积过程中的电场变化情况进行了模拟,并对纳米纤维沉积过程中的受力情况进行了分析。利用该装置,研究了不同纺丝电压、纺丝距离、不同浓度和不同纺丝时间对纳米纤维定向程度的影响,结果表明,在电压为1...
【文章来源】：西安工程大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）无铅KNN纳米棒阵列；（b）PENG模型
图 1-2 (a)采用溶胶-凝胶自旋涂层法掺杂 Cu；(b)掺杂 Cu 的 ZnO 薄膜的微观结构；(c)纳米发电机结构（3）聚合物基压电纳米发电机 到现在为止，常用的压电性能较强的聚合物主要有 PVDF 及其共聚物等材料。其中，由于 PVDF 具有加工性好，耐酸碱腐蚀，同时具有较高的机械强力，是目前应用最广泛的压电聚合物[45-48]。静电纺丝法是制备聚合物基 PENG 的常用方法，纺丝过程中的强电场对聚合物单轴有一定的拉伸作用，可以增强纳米纤维和纳米线的压电性能[38]。Liu 等[48]绍了一种以氧化石墨烯（GO）薄片化学包覆 PVDF 纳米纤维的核壳结构（PVDF/GO 纳米纤维），通过机械拉伸、高压定向和化学的协同作用，得到了β相含量高达 88.5%的纳米纤维。超高的β相含量以及其单轴取向对压电性能的提高有重要贡献，压电常数d33=-93.75pm/V（GO 含量为 1wt%时）。除了一维的纳米纤维，通过适当设计的收集装置，静电纺丝法可以实现多种形式的纤维排列，如：随机排列的纤维膜、定向纳米纤维膜以及纳米纤维纱线等。Kang 等[49]通过静电纺丝法，利用一个凹槽装置，制备了定向的 PVDF 纳米纤维，由于周围平台的存在，对纤维有一定的拉伸作用，聚合物纳米纤维受到拉伸和高电场作用，导致自然极化，使非极性相转变为极性β相，提高
图 1-3 通过电离空气注入，最大限度地利用表面电荷密度1.5.3 混合式纳米发电机在日常生活中，一种能量往往伴随着其他一种或几种能量，例如：压电式电机在受到外界的挤压或者折叠时产生电能，不可避免地会和其他材料发生接擦，而摩擦产生的能量并没有被有效收集，因此，单一的压电式能量收集装置适用于多种能量的收集，混合器件的研究也显得尤为重要[49, 50]。到目前为止，摩擦电式、热释电式、电磁式、太阳能光电式等能量收集装置之间的二元/多无论是串联还是并联，在复杂的环境中依然能保持较高的输出功率，被广泛地功耗电子设备。Zheng 等[53]设计了一种混合纳米发电机，可以同时或独立地收集来自水蒸能和从底部吹来的间歇性风的机械能，该装置包括 2 个部分：风力驱动的 T热释电-压电纳米发电机（PPENG）。在固定的丙烯酸板上沉积了一层铜膜，作电极和摩擦表面。下方是一个可活动的多层结构，顶层为氟化乙丙烯（FEP）用做另一摩擦表面，在间歇风驱动下，FEP 膜与顶部的铜电极接触-分离，通带电与静电感应耦合的方法，可以获得周期性交流电输出。由于 PVDF 既具有
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅压电材料的研究进展[J]. 朱秀,许桂生,刘锦峰. 中国材料进展. 2017(04)
[2]可穿戴摩擦纳米发电机的研究进展[J]. 郭隐犇,张青红,李耀刚,王宏志. 中国材料进展. 2016(02)
[3]静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展[J]. 贾琳,张海霞,王西贤. 纺织学报. 2016(01)
[4]静电纺取向纳米纤维束及纳米纤维纱线的研究进展[J]. 吴韶华,张彩丹,覃小红,刘澎红,李鹏翔. 高分子材料科学与工程. 2014(06)
[5]压电式纳米发电机的原理和潜在应用[J]. 王中林. 物理. 2006(11)
博士论文
[1]聚偏氟乙烯静电纺纳米发电机的制备、性能及应用研究[D]. 黄涛.东华大学 2016
硕士论文
[1]静电纺丝法制备聚丙烯腈基纳米碳纤维及过程机理研究[D]. 贺海军.西安工程大学 2017
本文编号：3502083
【文章来源】：西安工程大学陕西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
（a）无铅KNN纳米棒阵列；（b）PENG模型
图 1-2 (a)采用溶胶-凝胶自旋涂层法掺杂 Cu；(b)掺杂 Cu 的 ZnO 薄膜的微观结构；(c)纳米发电机结构（3）聚合物基压电纳米发电机 到现在为止，常用的压电性能较强的聚合物主要有 PVDF 及其共聚物等材料。其中，由于 PVDF 具有加工性好，耐酸碱腐蚀，同时具有较高的机械强力，是目前应用最广泛的压电聚合物[45-48]。静电纺丝法是制备聚合物基 PENG 的常用方法，纺丝过程中的强电场对聚合物单轴有一定的拉伸作用，可以增强纳米纤维和纳米线的压电性能[38]。Liu 等[48]绍了一种以氧化石墨烯（GO）薄片化学包覆 PVDF 纳米纤维的核壳结构（PVDF/GO 纳米纤维），通过机械拉伸、高压定向和化学的协同作用，得到了β相含量高达 88.5%的纳米纤维。超高的β相含量以及其单轴取向对压电性能的提高有重要贡献，压电常数d33=-93.75pm/V（GO 含量为 1wt%时）。除了一维的纳米纤维，通过适当设计的收集装置，静电纺丝法可以实现多种形式的纤维排列，如：随机排列的纤维膜、定向纳米纤维膜以及纳米纤维纱线等。Kang 等[49]通过静电纺丝法，利用一个凹槽装置，制备了定向的 PVDF 纳米纤维，由于周围平台的存在，对纤维有一定的拉伸作用，聚合物纳米纤维受到拉伸和高电场作用，导致自然极化，使非极性相转变为极性β相，提高
图 1-3 通过电离空气注入，最大限度地利用表面电荷密度1.5.3 混合式纳米发电机在日常生活中，一种能量往往伴随着其他一种或几种能量，例如：压电式电机在受到外界的挤压或者折叠时产生电能，不可避免地会和其他材料发生接擦，而摩擦产生的能量并没有被有效收集，因此，单一的压电式能量收集装置适用于多种能量的收集，混合器件的研究也显得尤为重要[49, 50]。到目前为止，摩擦电式、热释电式、电磁式、太阳能光电式等能量收集装置之间的二元/多无论是串联还是并联，在复杂的环境中依然能保持较高的输出功率，被广泛地功耗电子设备。Zheng 等[53]设计了一种混合纳米发电机，可以同时或独立地收集来自水蒸能和从底部吹来的间歇性风的机械能，该装置包括 2 个部分：风力驱动的 T热释电-压电纳米发电机（PPENG）。在固定的丙烯酸板上沉积了一层铜膜，作电极和摩擦表面。下方是一个可活动的多层结构，顶层为氟化乙丙烯（FEP）用做另一摩擦表面，在间歇风驱动下，FEP 膜与顶部的铜电极接触-分离，通带电与静电感应耦合的方法，可以获得周期性交流电输出。由于 PVDF 既具有
【参考文献】：
期刊论文
[1]无铅压电材料的研究进展[J]. 朱秀,许桂生,刘锦峰. 中国材料进展. 2017(04)
[2]可穿戴摩擦纳米发电机的研究进展[J]. 郭隐犇,张青红,李耀刚,王宏志. 中国材料进展. 2016(02)
[3]静电纺取向纳米纤维制备技术的研究进展[J]. 贾琳,张海霞,王西贤. 纺织学报. 2016(01)
[4]静电纺取向纳米纤维束及纳米纤维纱线的研究进展[J]. 吴韶华,张彩丹,覃小红,刘澎红,李鹏翔. 高分子材料科学与工程. 2014(06)
[5]压电式纳米发电机的原理和潜在应用[J]. 王中林. 物理. 2006(11)
博士论文
[1]聚偏氟乙烯静电纺纳米发电机的制备、性能及应用研究[D]. 黄涛.东华大学 2016
硕士论文
[1]静电纺丝法制备聚丙烯腈基纳米碳纤维及过程机理研究[D]. 贺海军.西安工程大学 2017
本文编号：3502083
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hxgylw/3502083.html
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