[发明专利]一种聚偏氟乙烯/碳纳米管复合纳米纤维的制备方法

摘要

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种利用静电纺丝装置制备导电率高、柔韧性好的可用于纳米电子器件和力学器件的纳米纤维的方法，特别是一种聚偏氟乙烯/碳纳米管复合纳米纤维的制备方法，先将多壁碳纳米管均匀分散在PVDF溶液中，作为静电纺丝的前驱体溶液；再利用静电纺丝法制备复合纳米纤维，通过控制前驱体溶液浓度、纺丝电压和纺丝距离的纺丝条件，得到比表面积大的复合纳米纤维；复合纤维的力学强度大、柔韧性好、导电性良好，在柔性电子器件、微机电系统、人工肌肉/韧带等方面有着潜在的应用前景，静电纺丝制备方法简单、操作方便、成本低，生产环境友好。

主权项

一种聚偏氟乙烯/碳纳米管复合纳米纤维的制备方法，其特征在于包括前躯体溶液配制、复合纳米纤维制备和复合纳米纤维性能测试三个工艺步骤：（1）、前躯体溶液配制：先将多壁碳纳米管分散在丙酮溶剂中制得碳纳米管分散液；即将2克碳纳米管液体分散剂与16.8克丙酮混合，得分散剂丙酮溶液，水浴加热磁力搅拌10分钟，加热温度为60°C后，将1.2克多壁碳纳米管加入含有分散剂的丙酮溶剂中搅拌均匀后，使碳纳米管被分散剂丙酮溶液完全润湿，不漂浮在溶液表面上，形成分散液；然后，对分散液进行超声振荡过程中，分散液会发热、起泡，超声5分钟后，将分散液取出静置于冷水中冷却、消泡，再继续超声，累计超声总时间为30分钟，得碳纳米管分散液；再将碳纳米管分散液加入PVDF溶液中，得到静电纺丝的前驱体溶液；即配制质量分数为18wt%的PVDF溶液，先将1.5克PVDF颗粒在磁力搅拌下缓慢加入6.2克二甲基亚砜和丙酮的混合溶液中，DMSO和丙酮的质量比为1:1，对混合溶液60°C恒温水浴加热磁力搅拌1小时，静置半小时，即得质量分数18wt%的PVDF溶液，取碳纳米管分散液2.2克加入配置好的PVDF溶液中搅拌均匀后，超声振荡1小时，得静电纺丝用的前驱体溶液；（2）、复合纳米纤维制备：先将2毫升配制好的前躯体溶液吸入5毫升医用注射器针筒中，将高压电源正极连在不锈钢针头上，负极接铝箔，铝箔放在不锈钢针头正下方12厘米处作为收集板，提供14千伏电压即可在铝箔上收集到复合纳米纤维，纺丝结束；（3）、复合纳米纤维性能测试：将复合纳米纤维薄膜固定在载玻片上，用碳胶和铜线连接好电极，作为待测样品；将直流电源、样品和皮安电流表组成串联电路，调节电源电压，记录待测样品的电流变化情况，得出样品电阻R；然后根据电导率σ的计算公式σ＝l／(RS)，算出复合纳米纤维薄膜的室温电导率σ；当复合纤维中碳纳米管含量 超过6wt%时，复合纤维电导率σ约为10‑5S/m；再利用电子式拉力试验机测试复合纳米纤维薄膜的力学强度，当拉力相同时，复合纳米纤维的伸长量随碳纳米管浓度增加而增加，即复合纳米纤维随碳纳米管浓度增加，其柔韧性增强。