無機鹽摻雜聚偏氟乙烯納米發(fā)電機的制備.pdf

1、由納米結(jié)構(gòu)的壓電材料制備的納米發(fā)電機能將環(huán)境中存在的機械能，生物動能轉(zhuǎn)化為電能，在植入性的生物傳感器、環(huán)境監(jiān)測以及便攜式電子器件等微型化的自供電系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用前景。其自供電的能力今后有望擺脫系統(tǒng)中笨重的能量存儲部分和對電池的依賴。
　　壓電聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)相比于常見的無機壓電材料具有彈性、質(zhì)輕、生物相容性和長程穩(wěn)定性等特點，成為制備納米發(fā)電機的研究熱點。靜電紡絲的過程包含了對聚合物射流的拉伸和電場極化作用，是

2、制備含β相壓電PVDF納米纖維的理想方法。但是靜電紡PVDF納米發(fā)電機的壓電性能還有待提高，本文使用無機鹽摻雜對PVDF納米纖維改性，從而提高納米發(fā)電機的發(fā)電功率。
　　首先，通過歸納無機鹽摻雜對靜電紡PVDF納米發(fā)電機壓電性能的影響規(guī)律，我們提出了基本的機理和假設(shè):以電偶極子形式存在于紡絲溶液中的無機鹽對靜電紡PVDF納米發(fā)電機的性能提升最為有利。在外電場作用下，電偶極子定向排列，能在靜電紡PVDF結(jié)晶過程中起到β相成核劑的作用

3、，大幅增強靜電紡PVDF納米發(fā)電機的壓電輸出。在所測試的27種無機鹽中，F(xiàn)eCl3·6H2O表現(xiàn)出最好的效果。
　　其次，深入研究了FeCl3·6H2O的摻雜量對靜電紡PVDF納米發(fā)電機壓電性能的影響:適量摻雜的靜電紡PVDF-FeCl3納米發(fā)電機壓電電壓輸出得到大幅提升，壓電電壓輸出的增強與PVDF中β相含量的提升存在著非線性關(guān)系;而過量FeCl3·6H2O的加入，導(dǎo)致纖維膜的體積電導(dǎo)率迅速升高，表面的壓電電荷趨于縱向運動，正負

4、電荷中和耗散，大幅削弱納米發(fā)電機的電壓輸出。靜電紡PVDF-FeCl3納米發(fā)電機的最優(yōu)FeCl3·6H2O摻雜濃度為為50.0(μmol/gPVDF)。
　　最后，在PVDF-FeCl3靜電紡絲過程中，利用高速輥筒作為收集裝置，得到了纖維在卷繞方向上平行排列的PVDF-FeCl3納米纖維膜。取向的靜電紡纖維在平行于卷繞方向的外力作用下受到較大彎折，能增強靜電紡納米發(fā)電機的電能輸出。相對于纖維無規(guī)分布的靜電紡PVDF-FeCl3納米