[发明专利]一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明属于聚合物纳米材料制备技术领域，公开了一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用。本发明的尼龙纳米纤维是由奇奇数尼龙制备而成，先将尼龙配成溶液，再静电纺丝成纳米纤维得到。本发明制备方法简单，生产效率高，操作方便，且通过本发明制备得到的尼龙纳米纤维直径可控，熔点和结晶度高，无需极化即可直接表现出优异的压电性能，在制备纳米发电机、电池隔膜、柔性电子器件上具备一定的应用潜力。

技术领域

本发明属于聚合物纳米材料技术领域，具体涉及一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用。

背景技术

尼龙(Polyamide，简称PA)，是分子主链中含有重复结构单元酰胺基团 (-NH-CO-)的聚合物统称。其特有的酰胺基团具有较大的极性(约3.7D，1D＝ 3.34×10^-30C·m)。此外，酰胺基团之间的强氢键作用使尼龙具有优良的力学性能 (机械强度高，韧性好)、耐热性(结晶性尼龙的热变形温度很高)、耐候性、自润滑性和耐摩擦性(摩擦系数小)。

尼龙是最重要的工程塑料，产量在五大通用工程塑料中居首位，目前主要应用在汽车工业、铁路运输业、电气、电子产业、机械行业、体育运动器材及其他领域。但在上述领域中，主要利用的是尼龙的高强度、高韧性、耐磨、阻燃、耐热等特性。但是在某些领域其应用仍然受限，因此，开发尼龙新的应用领域具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种压电性尼龙纳米纤维，同时提供其制备方法和应用是本发明的有一发明目的。本发明制备得到的压电性尼龙纳米纤维同时具有优异的耐热性能、介电性能以及压电性能。并且无需外加电场极化，纳米纤维原位极化后可直接表现出压电性能。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种压电性尼龙纳米纤维，所述压电性尼龙纳米纤维通过将尼龙在高压电场原位极化得到。

优选的，所述尼龙为奇奇数尼龙。

进一步优选的，所述奇数尼龙选自尼龙511、尼龙711、尼龙911、尼龙1111、尼龙1113、尼龙1313等长碳链奇奇数尼龙中的一种或多种，或者是上述尼龙的共聚品种。

优选的，所述尼龙纳米纤维的直径为50-500nm。

进一步优选的，所述尼龙纳米纤维的直径优选为250-400nm。

上述压电性尼龙纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将尼龙溶解得尼龙溶液备用，用铝箔包覆金属收集板身，并将高压直流电源的负极电夹夹于板上；

(2)使用注射针筒吸取适量上述尼龙溶液，并用平口不锈钢点胶针头替换原始的注射器斜口针头，将注射器置于注射泵上，并对注射器身进行固定；本发明之所以将平口不锈钢点胶针头替换原始的注射器斜口针头，是由于使用斜口针头时尖端积累的电荷较多，导致无法形成稳定的泰勒锥，不利于纺丝。

(3)将高压直流电源的正极电夹夹于注射器针筒与不锈钢针头连接处，打开注射泵及高压直流电源并对其进行复位，调整单一静电纺丝参数如施加电压、注射速度及收集板距离即得压电性尼龙纳米纤维。

优选的，步骤(1)中，溶解尼龙的溶剂为甲酸、硫酸、三氟乙酸、六氟异丙醇、间甲酚、氯仿中的一种或两种及以上的混合物。

进一步优选地，步骤(1)中，所述尼龙溶液的溶剂为间甲酚、三氟乙酸、六氟异丙醇中的一种或两种及以上混合物。

优选的，步骤(1)中，所述尼龙溶液的浓度为2.5～15wt％。本发明之所以选择此浓度下的尼龙溶液是因为，浓度过小会导致纺丝纤维不稳定有串珠形成。而浓度过大也会导致纺丝不稳定，不利于收集，实际收集得到的纺丝量会少于较低浓度溶液的。

优选的，步骤(3)中，高压直流电源的电压为5～30kV。