[发明专利]一种压电聚合物/金属复合纳米单纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于压电材料及其制备领域，特别涉及一种压电聚合物/金属复合纳米单纤维及其制备方法。

背景技术

目前常见的压电材料主要分为压电陶瓷、压电半导体和压电聚合物三大类，前两类压电材料属无机材料，具有压电效率高，性能稳定的特点，但其缺点也十分明显，可塑性差，生物相容性差，一些还带有重金属等有毒物质，因而不能被广泛地应用在各个领域。而压电聚合物就弥补了无机压电材料的一些不足，它具有很好的生物相容性，且易于加工，质轻，是一种新型的压电材料。

在加工压电聚合物方面，目前一种常用的方法是通过静电纺丝法，将压电聚合物纺成由一定直径的纳米纤维构成的无纺布毡，由于在纺丝过程中已经进行了极化，所以就免去了后极化过程，再将此无纺布进行封装，加入两个电极，即可得到具有压电性能的纳米发电机，这种方法的优点在于设备简单，制备工序简单，无须后极化过程等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种压电聚合物/金属复合纳米单纤维及其制备方法，本发明通过静电纺丝，将压电聚合物纺在金属丝上，使压电聚合物直接包覆在金属丝上，金属丝在封装过程中直接充当一个电极，提高了纳米发电机的精细化和发电效率。

本发明的一种压电聚合物/金属复合纳米单纤维，所述纤维由导电金属丝芯层和压电聚合物皮层组成，其中芯层截面为圆形，金属丝直径为0.05-1mm；皮层截面为圆环形，厚度为0.01mm～1mm之间。

所述导电金属丝为铜、铁、镍、锌、金、银、铅、锡、铝及其合金中的一种。

本发明的一种压电聚合物/金属复合纳米单纤维的制备方法，包括：

将聚合物溶解在溶剂中，得到质量分数为1％～20％静电纺丝溶液，然后进行静电纺丝，使得聚合物纳米纤维包覆在金属丝表面，挥发，即得压电聚合物/金属复合纳米单纤维。

所述聚合物为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯及其共聚物中的一种或几种。

所述溶剂为二甲基甲酰胺DMF、二甲基乙酰胺DMAc、丙酮中的一种或几种。

所述静电纺丝溶液中含有压电增强材料，压电增强材料的质量百分浓度为0.00～2.0％。

所述压电增强材料为钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、石英、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨、松香、氯化钴、氯化亚铁、氯化铜、氯化锡、氯化锰、氯化铁中的一种或几种。

所述静电纺丝的工艺参数为：电压：5～30kV；接收距离：1～30cm；挤出速度：0.01～5ml/h。

所述聚合物纳米纤维的直径为50～400nm。

在0～80℃的通风环境下，放置24～72h，使残留在聚合物中的溶剂完全挥发。

皮层截面为圆环形，厚度为0.01mm～1mm之间，皮层由聚合物纳米纤维交织而成，因条件不同，其皮层微观形态不同，纳米纤维的直径(50～400nm)，取向及蓬松程度都有所不同。皮层聚合物具有一定的压电性，压电性能有其本身的性质以及掺杂其他无机物或有机物所决定。

压电增强材料的掺入量为0.00～0.5％，物质的掺入或能提高聚合物的压电性能，或者这些物质本身具有一定的压电性能，此外还有些掺入物能增加聚合物纳米纤维的整体压电性能。

有益效果

本发明通过静电纺丝，将压电聚合物纺在金属丝上，使压电聚合物直接包覆在金属丝上，金属丝在封装过程中直接充当一个电极，提高了纳米发电机的精细化和发电效率，在传感器、医疗、能量转换方面都有很高的发展前景。

附图说明

图1为压电聚合物/金属复合纳米单纤维的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

称取六水氯化铁100μmol，将其溶解在10.8g DMF和7.2g丙酮的复配溶液中，使其完全溶解；然后称取2g聚偏氟乙烯溶解于上述溶液中，并在75℃下进行加热溶解，得到均匀、透明的溶液，然后将溶液进行静电纺丝过程，将聚合物纳米纤维包覆在金属丝表面，静电纺工艺参数为：电压：8kV；接收距离：25cm；挤出速度：1.0ml/h。最后将所得复合纤维放置在25℃通风环境下48小时制备完成。