[發(fā)明專利]一種具有軸向等效壓電性能的靜電紡皮芯單纖維及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610031161.6
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN105671685A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞昊;俞彬;楊通輝
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號(hào): D01F8/18
• 分類號(hào): D01F8/18;D01F8/08;D01F8/10;D01D5/34
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于單纖維及其制備方法領(lǐng)域，特別涉及一種具有軸向等效壓電性能的靜電紡皮 芯單纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前常見的壓電材料主要分為壓電陶瓷、壓電半導(dǎo)體和壓電聚合物三大類，其中壓電聚 合物彌補(bǔ)了前兩者壓電材料的一些不足，它具有很好的生物相容性，且易于加工，質(zhì)輕，是 一種新型的壓電材料。在加工壓電聚合物方面，目前一種常用的方法是通過靜電紡絲法，將 壓電聚合物紡成由一定直徑的納米纖維構(gòu)成的無紡布?xì)郑捎谠诩徑z過程中已經(jīng)進(jìn)行了極化， 所以就免去了后極化過程，再將此無紡布進(jìn)行封裝，加入兩個(gè)電極，即可得到具有壓電性能 的納米發(fā)電機(jī)，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于設(shè)備簡單，制備工序簡單，無須后極化過程等。

靜電紡絲法是制備壓電聚合物納米纖維的常見的原位極化的方法，有設(shè)備簡單，易于操 作且所得纖維穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，一般情況下，負(fù)極的接受極板為垂直于射流的金屬板，具有一定 轉(zhuǎn)速的輥筒，或是液體接收極，同時(shí)傳統(tǒng)的靜電紡一般設(shè)定接收距離較長，以使得紡絲液有 足夠的時(shí)間凝固，這樣由于靜電紡射流存在不穩(wěn)定擾動(dòng)，使得最終所得的納米纖維以無序或 具有一定取向的無紡布?xì)中问酱嬖冢蟠笙拗屏思{米纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有軸向等效壓電性能的靜電紡皮芯單纖維及其 制備方法和應(yīng)用，該制備方法簡單；該單纖維具有軸向等效的壓電性能，在過濾、催化、能 量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載以及傳感器等方面有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的一種具有軸向等效壓電性能的靜電紡皮芯單纖維，所述纖維以導(dǎo)電纖維為芯層， 以壓電聚合物納米纖維為皮層；其中，壓電聚合物的極化方向垂直于導(dǎo)電纖維軸向方向。

所述導(dǎo)電纖維為圓形截面，直徑為0.001～2mm。

所述導(dǎo)電纖維的材質(zhì)為碳，銅、鐵、金、銀、鉛、錫、鋁、鎳、鋅或金屬合金。

所述壓電聚合物為聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟乙烯和聚丙烯腈中至少一種及幾種 的共聚物。

所述壓電聚合物中摻雜氧化鋅、硫化鋅、鈦酸鋇或鋯鈦酸鉛。

所述壓電聚合物納米纖維的直徑為10～5000nm，厚度為0.1μm～2mm。

所述皮層截面由納米纖維堆疊而成的圓環(huán)形，由制備條件以及設(shè)備參數(shù)的不同，其皮層 微觀形態(tài)不同，包括納米纖維的表面粗糙程度，納米纖維的直徑，取向及蓬松程度。皮層聚 合物在其纖維軸向上具有相同的壓電性，壓電性能有其本身的性質(zhì)以及摻雜其他無機(jī)物或有 機(jī)物所決定。

所述單纖維在軸向上具有等效的壓電性。

所述單纖維中由于每一根壓電聚合物納米纖維的極化方向均為垂直于導(dǎo)電纖維軸向方 向，因此當(dāng)給予纖維垂直軸向方向壓力時(shí)，導(dǎo)電芯層可輸出電壓，其電壓與外界壓力的大小 和受力纖維的長度有關(guān)。

本發(fā)明的一種具有軸向等效壓電性能的靜電紡皮芯單纖維的制備方法，包括：

紡絲液為壓電聚合物溶液，用導(dǎo)電纖維作為接收極進(jìn)行靜電紡，得到具有軸等效壓電性 能的靜電紡皮芯單纖維；其中，靜電紡的負(fù)極接收端為一根與負(fù)極相連的導(dǎo)電纖維，同時(shí)在 負(fù)極接收端外延架設(shè)了一個(gè)同軸的漏斗型輔助接收裝置。

所述紡絲液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8％～12％，推進(jìn)速度為0.8～1.5ml/h，電壓發(fā)生器輸出電壓為 12～18kV。

所述壓電聚合物溶液的溶劑為DMF。

所述單纖維應(yīng)用于過濾、催化、能量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載以及傳感器。

本發(fā)明主要通過改變負(fù)極接收端的接收裝置，將接受裝置改變?yōu)橐桓c負(fù)極相連的導(dǎo)電 纖維，同時(shí)在其外延架設(shè)了一個(gè)同軸的一定規(guī)格的漏斗型輔助接受裝置，再通過調(diào)整靜電紡 過程中的其他參數(shù)，制備出了一種以導(dǎo)電纖維為芯層，以壓電聚合物納米纖維為皮層的皮芯 單纖維，由于每一根壓電聚合物納米纖維的極化方向均為垂直于導(dǎo)電纖維軸向方向，當(dāng)給予 纖維垂直軸向方向的一定壓力時(shí)，導(dǎo)電芯層可輸出一定的電壓，其電壓與外界壓力的大小和 受力纖維的長度有關(guān)，在過濾、催化、能量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載以及傳感器等方面有很好的應(yīng)用 前景。

有益效果

(1)本發(fā)明的單纖維軸向等效的壓電性能，單位長度纖維的瞬時(shí)壓電輸出峰值為 4～15V/m·N，在過濾、催化、能量轉(zhuǎn)換、藥物負(fù)載以及傳感器等方面有很好的應(yīng)用前景；