無(wú)機(jī)鹽摻雜聚偏氟乙烯納米發(fā)電機(jī)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(jī)能將環(huán)境中存在的機(jī)械能，生物動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，在植入性的生物傳感器、環(huán)境監(jiān)測(cè)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(chǔ)部分和對(duì)電池的依賴(lài)。
　　壓電聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)相比于常見(jiàn)的無(wú)機(jī)壓電材料具有彈性、質(zhì)輕、生物相容性和長(zhǎng)程穩(wěn)定性等特點(diǎn)，成為制備納米發(fā)電機(jī)的研究熱點(diǎn)。靜電紡絲的過(guò)程包含了對(duì)聚合物射流的拉伸和電場(chǎng)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(jī)的壓電性能還有待提高，本文使用無(wú)機(jī)鹽摻雜對(duì)PVDF納米纖維改性，從而提高納米發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率。
　　首先，通過(guò)歸納無(wú)機(jī)鹽摻雜對(duì)靜電紡PVDF納米發(fā)電機(jī)壓電性能的影響規(guī)律，我們提出了基本的機(jī)理和假設(shè):以電偶極子形式存在于紡絲溶液中的無(wú)機(jī)鹽對(duì)靜電紡PVDF納米發(fā)電機(jī)的性能提升最為有利。在外電場(chǎng)作用下，電偶極子定向排列，能在靜電紡PVDF結(jié)晶過(guò)程中起到β相成核劑的作用

3、，大幅增強(qiáng)靜電紡PVDF納米發(fā)電機(jī)的壓電輸出。在所測(cè)試的27種無(wú)機(jī)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(duì)靜電紡PVDF納米發(fā)電機(jī)壓電性能的影響:適量摻雜的靜電紡PVDF-FeCl3納米發(fā)電機(jī)壓電電壓輸出得到大幅提升，壓電電壓輸出的增強(qiáng)與PVDF中β相含量的提升存在著非線(xiàn)性關(guān)系;而過(guò)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(yùn)動(dòng)，正負(fù)

4、電荷中和耗散，大幅削弱納米發(fā)電機(jī)的電壓輸出。靜電紡PVDF-FeCl3納米發(fā)電機(jī)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(guò)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(qiáng)靜電紡納米發(fā)電機(jī)的電能輸出。相對(duì)于纖維無(wú)規(guī)分布的靜電紡PVDF-FeCl3納米