一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术制备方法简单，生产效率高，操作方便，且通过本发明专利技术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。力。

【技术实现步骤摘要】
一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于聚合物纳米材料
，具体涉及一种压电性尼龙纳米纤维及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]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
‑
30
C
·
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)。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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专利技术的有一专利技术目的。本专利技术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。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]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。
[0007]优选的，所述尼龙为奇奇数尼龙。
[0008]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。
[0009]优选的，所述尼龙纳米纤维的直径为50
‑
500nm。
[0010]进一步优选的，所述尼龙纳米纤维的直径优选为250
‑
400nm。
[0011]上述压电性尼龙纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0012](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；
[0013](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；本专利技术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。
[0014](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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]优选的，步骤(1)中，所述尼龙溶液的浓度为2.5～15wt％。本专利技术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。
[0018]优选的，步骤(3)中，高压直流电源的电压为5～30kV。
[0019]优选的，步骤(3)中，注射器的注射速度为2～6μL/min。
[0020]优选的，步骤(3)中，收集板的收集距离为10～30cm。
[0021]所述的压电性尼龙纳米纤维在纳米发电机、电池隔膜、柔性电子器件的应用。
[0022]本专利技术通过静电纺丝制备的奇数尼龙纳米纤维，进一步扩展该类材料在相关纳米器件制备方面的应用。
[0023]本专利技术制备方法工艺简单、成本低、纤维直径可控、可大面积制备尼龙纳米纤维，可以通过纺丝工艺进行有效调控，可在制备过程中实现奇数尼龙纳米纤维偶极的有序排列，从而制备出具有优异压电性能的尼龙纳米纤维，可作为纳米发电器件的活性层材料、电池隔膜材料、电子存储元件制备材料，在纳米、电子、能源领域发挥重要应用。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下技术优势：
[0025]1、本专利技术所涉及的尼龙纳米纤维，部分原料来自生物基发酵，生物合成路线具有绿色、廉价的特点，并具有良好的生物相容性。
[0026]2、本专利技术制备的尼龙纳米纤维经过高压电场原位极化后表现为偶极取向的特征，无需外加电场即可直接表现出优异的压电性能，具有作为电池隔膜、纳米发电器件活性层材料的潜力。
[0027]3、本专利技术制备的尼龙纳米纤维具有优异的柔韧性和轻质性，基于纳米纤维的柔性电子器件具有可扭转、可弯曲、可伸缩的特性，不易发生机械故障。
[0028]4、本专利技术所提供的尼龙纳米纤维的制备方法，工艺较模板辅助法和纳米印迹法更为简单，并且成本低，可大面积制备，本专利技术制备的尼龙纳米纤维还可根据实际需要裁剪为任意的形状和尺寸。
[0029]5、本专利技术制备的尼龙纳米纤维可通过工艺参数的调节实现不同纳米直径、不同纤维厚度、不同熔点、不同介电常数和不同压电常数的尼龙纳米纤维的可控制备。
附图说明
[0030]图1是按照实施例1制备的尼龙511纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数为 3000倍，图2是纳米纤维直径分布图；
[0031]图3是按照实施例2制备的尼龙711纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数为 3000倍，图4是纳米纤维直径分布图；
[0032]图5是按照实施例3制备的尼龙911纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数为 3000倍，图6是纳米纤维直径分布图；
[0033]图7是按照实施例4制备的尼龙1111纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数为 3000倍，图8是纳米纤维直径分布图；
[0034]图9是按照实施例5制备的尼龙1113纳米纤维的扫描电镜图，放大倍数为 3000倍，图10是纳米纤维直径分布图；
[0035]图11是按照应用例制备的基于尼龙1111纳米纤维的压电纳米发电机的组成示意图；
[0036]图12是压电纳米发电机的开路电压(V
oc
)与时间关系图；
[0037]图13是压电纳米发电机的短路电流(I
sc
)与时间关系图，测试面积3
×
3cm2，测试频率5Hz，载荷力15N。
具体实施方式
[0038]为了更清晰地了解本专利技术，下面将对本专利技术的实施方式作进一步说明，但本专利技术的实施范围并不局限于此。
[0039]实施例1
[0040]一种压电性尼龙纳米纤维，其制备方法为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电性尼龙纳米纤维，其特征在于，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。2.如权利要求1所述的压电性尼龙纳米纤维，其特征在于，所述尼龙为奇奇数尼龙。3.如权利要求2所述的压电性尼龙纳米纤维，其特征在于，所述奇奇数尼龙选自尼龙511、尼龙711、尼龙911、尼龙1111、尼龙1113、尼龙1313等奇奇数尼龙中的一种或多种，或者是上述尼龙的共聚品种。4.权利要求1
‑
3任一所述的压电性尼龙纳米纤维的制备方法，其特征在于，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收集板上；(2)用注射针筒吸取适量上述尼龙溶液，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；(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得压电性尼龙纳米纤维；所述静电纺丝参数包括施加得电压、注...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔喆，王尚赟，王志潇，付鹏，张晓朦，赵蔚，庞新厂，刘民英，赵清香，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：