[發明專利]自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110177772.2
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN113026209B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 王富軍;卞旻玥;曾心怡;劉力夢;陳旻;李超婧;王璐
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D06N3/00
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜及其制備方法，采用靜電紡絲法制備具有壓電效應的PVDF基底膜，采用靜電噴霧技術噴涂聚噻吩微球涂層于基底膜，得到自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜；制得的自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜包括基底膜和含陰離子摻雜劑的聚噻吩微球涂層，基底膜為摻雜AgNO₃、FeCl₃·6H₂O或納米石墨烯的PVDF微納米纖維膜，陰離子摻雜劑為無水高氯酸鋁、十二烷基苯磺酸鈉或對苯磺酸鈉，含陰離子摻雜劑的聚噻吩微球涂層的孔隙率為80～90％，基底膜的壓電信號峰值電壓為0.5～3V，自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜表面潤濕性轉變的閾值為0.05～0.5V。通過對本發明制得的纖維膜施加壓力，產生電壓，從而實現纖維膜表面的潤濕性轉變。

技術領域

本發明屬于生物材料技術領域，涉及一種自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜及其制備方法。

背景技術

壓電效應是指某些電介質，在沿著自身的某個特定方向受到外力發生形變后，此材料內部發生極化，在這個方向對應的表面會有相反電性的電荷產生的一種現象。

聚噻吩(Polythiophene)是一種本征形導電高聚物，其依靠大分子鍵的共軛鍵提供導電載流子以實現導電作用。在含0.2M LiClO₄/CAN電解液中，對聚噻吩薄膜加以恒電位1.2V電壓摻雜時，為了平衡電荷，摻雜劑陰離子ClO^4-被引入到帶正電荷的聚噻吩薄膜中，導致形成大量的親水偶極子。摻雜過程改變了薄膜表面的化學組成，使薄膜由疏水態變成親水態。當水滴放在高度多孔結構的摻雜薄膜上時，會由于二維或三維毛細管效應而迅速填滿其周圍的所有薄膜內的氣孔，變為親水表面。而當對聚噻吩薄膜加以-0.2V電位去摻雜，聚噻吩薄膜重新回到其中性狀態，薄膜變回疏水狀態。

目前關于控制聚噻吩薄膜實現潤濕性在親疏水之間的可逆轉化的研究主要為：外加電壓響應表面潤濕性，即通過調節摻雜和去摻雜電位，達到調控表面親疏水性的目的。其從超疏水表面至親水表面轉變調控的電壓閾值約為0.6V。其缺點在于：1.須通過外加電壓響應表面潤濕性；2.潤濕性轉變的電壓閾值較大，在應用層面上具有局限性。

公開號為CN 110577672 A的專利介紹了一種可調控親疏水性納米纖維素膜制備方法，采用納米纖維素，聚合物，施膠劑，施膠促進劑制備，并利用紅外二次加熱提高納米纖維素膜的施膠度。公開號為CN 111392734A的專利介紹了一種可調控親疏水性塊體二氧化硅氣凝膠的制備方法，采用甲基三甲氧基硅烷(MTMS)，表面活性劑，醇和去離子水，加入催化劑得到二氧化硅氣凝膠。無法自驅動調節膜表面的潤濕性。

公開號為WO2012009238-A2的專利介紹了一種用于在基材上形成非氟化的導電聚合物涂層，涂層具有可控的氧化還原化學，電致變色和潤濕性，可通過在涂層表面施加電位控制其潤濕性，但其需要外加電壓調控，無法自驅動調節膜表面的潤濕性。

因此，設計和制備出自驅動壓電響應調節表面親疏水的纖維膜材料具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中需要通過外加電壓以控制聚噻吩涂層親疏水性以及控制親疏水性轉變的電壓閾值較大的問題，提供一種自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜及其制備方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

自驅動壓電響應調控表面親疏水的纖維膜，其特征在于：包括基底膜和位于基底膜上的含陰離子摻雜劑的聚噻吩微球涂層，基底膜材料采用具有壓電效應的聚偏氟乙烯，聚噻吩微球涂層采用靜電噴霧法。聚噻吩在受到電壓作用后，在摻雜電位條件下，可與陰離子結合，形成親水偶極子，使材料表面具有親水性能；相反地，在去摻雜電位條件下，可使材料表面具有疏水性能；