电纺阵列化纤维及复合纳米纤维膜的压电特性

发布时间：2022-01-21 16:25

　　电纺技术可以追溯到1902年,纳米科技的发展水平越来越高,在世界上引起的关注也越来越广泛。电纺技术以及利用电纺技术制备的纳米纤维有着广泛的应用价值和潜在的应用价值。而日益先进的个人电子设备对能源的需求愈发增强。轻便化的电子设备也要求供能设备朝着轻便可穿戴方向发展。本论文研究内容主要包括两个方面,一是可控螺旋纤维的制备,以及相关技术的改进;二是探究电纺复合纳米纤维膜的压电性能。首先,我们利用近场电纺装置,获得了排列效果好、形貌可控的螺旋纤维阵列。通过调整纺丝电压的强度,得到了具有不同形态特征的螺旋纤维。弥补了线性纤维带来的缺点。相较于前人报道的近场电纺螺旋纤维有着更为清晰的螺旋结构以及更加整齐的阵列化排列。纤维的形态特征随纺丝电压的升高呈现规律性。证实了带电射流产生的电驱动非轴对称弯曲不稳定性导致的物理力是产生螺旋纤维的主要原因。有助于推动有机/无机纳米纤维在柔性纳米器件和纳米逻辑电路等方面的发展。为阵列螺旋纤维与功能性设备集成开辟了一条有效途径。同时,基于近场电纺技术,探究了外加辅助导电装置对于纤维形成效果的影响。开发设计了一种原位定点纺丝辅助装置。有效抑制了带电射流鞭动不稳定运动的过... 

【文章来源】：青岛大学山东省

【文章页数】：55 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

ZnO纳米结构形貌[22]

青岛大学硕士学位论文4图1.1ZnO纳米结构形貌[22]。为了实现器件化发展，主要是制备出品质优异的ZnOp-n结（n型、p型）。纯的ZnO呈现的为n型导电性[23,31-32]。目前，已被报道的p型氧化锌制备方法有喷雾热解技术[35]、磁控溅射技术[33]以及金属有机化学气相沉积技术[34]等，后来发现一种更加简便的方法即通过掺杂镧系元素基于静电纺丝技术也可以得到p型ZnO。目前，n型ZnO的制备技术已逐渐完善。但是如何在实验室制备高质量且性质稳定的p型ZnO仍是处于瓶颈期[24]。ZnO纤维因其特殊的晶体结构与禁带宽度，同样具有优异的物理性质。包括高击穿电尝高的电子饱和速率等。表现为能发出蓝紫光[21]。可以应用于制造蓝光LED和光探测器等。同时还具有优异的压电特性，可以制备纳米发电机。如图1.2所示，为ZnO的应用场景。图1.2ZnO的应用场景[31]。基于静电纺丝技术，可以简单方便地制备连续纤维以及纤维膜。应用静电纺丝技术制备纤维/纤维膜形态的ZnO具有更大的比表面积，经常被应用于传感的制备。电纺制备ZnO纳米纤维的常见应用如表1.2所示。而且，基于静电纺丝技术制备的Ce-ZnO纤维表现为p型[36-38]。这种方式相比

青岛大学硕士学位论文61.2.1静电纺丝装置利用静电纺丝技术制备纳米纤维：1.配制纺丝前驱体溶液；2.高电压的施加促使高分子溶液的机械拉伸。基于静电纺丝法可以大规模、低成本制备纳米纤维而被引起科学家们的广泛关注并取得了较好的发展。图1.3（a）静电纺丝装置示意图[55];（b）双针头电纺纤维示意图[56]。静电纺丝装置的示意图如图1.3（a）所示，主体部分为：高压电源、金属纺丝喷头（针尖）以及导电接收板（接收微纳米纤维）组成[55]。除此之外，也有同时含有两个纺丝喷头的双针头电纺装置见于报道[56-58]。如图1.3（b）所示。Reneker和Yarin[59]等人深入探究了静电纺丝的机理。包括了表面张力、静电尝流变力学、应力形变之间的相互相作用关系。首先给聚合物高分子溶液加以高压电场，高分子溶液会产生带电射流。射流的表面会产生电荷，随着电荷的积累，同种电荷间存在库伦排斥力逐渐增大，带电射流在拉伸过程中倾向于劈裂。当表面张力大于劈裂倾向的力时，纺丝溶液将会出现泰勒锥。如若外加电场的场强持续增大，泰勒锥中的电荷量也将持续积累，一直到液体的表面张力小于溶液表面的库伦斥力时，泰勒锥顶会出现带电射流[60-62]。当带电射流发生运动后，会先经过一个稳定直线拉伸的过程，而后射流将会进入多级不稳定阶段。射流被拉伸细化，溶剂蒸发后会形成无纺布纤维，沉积在收集板上。1.2.2电纺纤维形貌及应用静电纺丝技术可以说是制备一维纳米材料的最经济简便的方法。然而，目前来看电纺技术制备纳米纤维仍存在两个缺陷：首先是纤维的无序沉积导致其多呈现为无纺布形式；其次是电纺过程所需的高电压。为拓展静电纺丝技术的应用领域[63-67]，


本文编号：3600597