[发明专利]一种单根压电纤维丝及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单根压电纤维丝及其制备方法，属于纺丝技术领域。所述压电纤维丝及其制备方法以PVDF、N，N‑二甲基甲酰胺和丙酮作为原料，配制得到浓度为18%的PVDF溶液作为纺丝液，并在纺丝工艺中根据该纺丝液的特性，选用较低的纺丝电压和较近的纺丝距离，从而使得电场和单根压电纤维丝的方向一致，制备得到具有明显β晶相的PVDF单根压电纤维丝，由于β晶型是耐热和压电性能和介电性能最好的晶型，使得本发明通过简洁高效的制备工艺即大批量制备具有优秀的耐热性能、压电性能和介电性能的单根压电纤维丝，该单根压电纤维丝应用于便携式可穿戴设备，为便携式可穿戴设备的长时间供电运行提供了可能，具有清洁节能的优点。

技术领域

本发明涉及一种单根压电纤维丝及其制备方法，属于纺丝技术领域。

背景技术

随着时代的发展以及科技的进步，便携式智能设备产业逐渐兴起，整体呈现出系统微型化，功能复杂化等特点。由于便携式智能设备的产品体积较小，携带方便，深受年轻一代的喜爱。

现有便携式智能设备的供电电源往往以蓄电池为主，由于电池技术发展的相对滞后，供电电源存在质量重、体积大、能量密度低、供电的持久性差、对环境污染严重和材料资源消耗大等缺点，无法满足个人便携式电子产品日益发展的需求，且在不久的将来，随着微纳米传感器网络系统的发展，以及它们在原位人体健康的实时监测、偏远地区的基础设施的监测、纳米机器人、国土安全、甚至便携式/可穿着个人电子器件上的应用，都对新的能源技术提出了非常迫切的需求。因此，大力开发可持续性自驱动电源技术，寻求产业上的突破，是未来电源科技产业发展的一个重心。

发明内容

纳米发电机收集周围环境中的机械能来驱动便携式电子设备或为其时时充电，是非常值得期待的一门技术，也是解决便携式电子设备电源问题的一个有效途径，且具有安全环保的优势。为了解决便携式智能设备的电源容量较小，无法持久供电的技术问题，本发明提供了一种单根压电纤维丝及其制备方法，所述技术方案如下：

根据本发明实施例的第一个方面，提供一种单根压电纤维丝的制备方法，所述方法包括：

将1.8gPVDF粉末溶于反应容器中的6g N，N-二甲基甲酰胺，得到混合溶液；

向所述反应容器中的所述混合溶液放入磁子，然后将所述反应容器进行密封处理；

将密封处理后的所述反应容器中所述混合溶液缓慢加热至70℃后，使用磁力搅拌器搅拌6小时，然后静置冷却至室温；

向冷却后的所述混合溶液中加入4g丙酮，配制得到浓度为18%的PVDF溶液；

以所述PVDF溶液作为纺丝液送入静电纺丝装置进行静电纺丝，制备得到单根压电纤维丝，静电纺丝工序采用的纺丝电压为4KV~5KV。

优选的，静电纺丝工序采用的纺丝电压为5KV。

优选的，静电纺丝工序的纺丝速度为0.1mm/min~0.2mm/min。

优选的，所述单根压电纤维丝由滚筒收集，接收距离为10mm ~15mm，纺丝电场方向和所述单根压电纤维丝的收集方向相同，所述单根压电纤维丝中偶极矩在高压电场作用下取向排列，所述单根压电纤维丝具有明显β晶相。

优选的，所述单根压电纤维丝的平均直径为1.0µm ~1.3µm。

优选的，所述将1.8gPVDF粉末溶于反应容器中的6g N，N-二甲基甲酰胺，得到混合溶液的步骤之前，所述方法还包括：

将所述反应容器、所述磁子使用去离子水进行清洗后，置入烘箱进行烘干处理。

根据本发明实施例的第二个方面，提供一种单根压电纤维丝，所述单根压电纤维丝由上述任一所述的单根压电纤维丝的制备方法制备得到，所述单根压电纤维丝的平均直径为1.0µm ~1.3µm，所述单根压电纤维丝具有明显β晶相。