一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法及应用。属于有机材料领域，该压电纤维由静电纺丝法制备，表现出结晶度以及结晶β相的提高。制备步骤：为Tris作为添加剂超声溶解在丙酮和N,N

【技术实现步骤摘要】
一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法及应用


[0001]本专利技术属于有机材料领域，涉及了一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度聚合物压电材料：即聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着小型、无线、可穿戴、自供电电子设备的发展，纳米发电机因其出色的机械能转换为电能的能力而备受关注，聚偏二氟乙烯(PVDF)具有优越的电性能(铁电、介电、压电)，加上其重量轻，易于加工，柔性等特点使其被广泛应用于柔性纳米发电机中。其优异的电性能得益于高含量的β相，因此如何获得高含量的β相一直以来都是研究的重点。在以往的研究中，大部分研究人员通过向PVDF中添加碳材料(碳纳米管、石墨烯等)来提高PVDF的电活性β相含量，例如上海交通大学的Kunming Shi等通过石墨烯与钛酸钡的协同作用通过静电纺丝PVDF纳米纤维获得91.1％的β相相对含量；Sumanta Kumar Karan等通过将rGO和AlO协同作用与PVDF共混溶液浇筑获得了95％的β相相对含量。本专利技术通过向PVDF中添加三羟甲基氨基甲烷(Tris)，利用Tris中的
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NH2与PVDF上
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CF2之间的相互作用来提高电活性β相的含量以及结晶度，使之在能量收集和柔性压电传感器的应用中有一定的潜力。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的第一目的是提供一种高性能的压电纳米纤维；本专利技术的第二目的是提供一种简单的通过Tris提高结晶度通过静电纺丝法制备的上述PVDF压电纤维的方法；本专利技术的第三目的是提供上述Tris增强的PVDF压电纤维在压电能源收集、柔性压电传感器中的应用。
[0004]技术方案：本专利技术所述的一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维，由Tris作为添加物所形成能够提高PVDF压电纤维的结晶度。
[0005]进一步的，所述PVDF压电纤维的直径为200nm。
[0006]进一步的，所述Tris作为添加物的含量占Tris@PVDF的0wt％～1.5wt％。
[0007]进一步的，一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法，其具体操作步骤如下：
[0008](1)、取Tris溶解在含有N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的混合溶剂中，从而制得Tris溶剂；
[0009](2)、将预备的PVDF溶解于制得的Tris溶剂中，制得Tris
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PVDF溶液；
[0010](3)、将制得的Tris
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PVDF溶液进行静电纺丝，制得纺丝的Tris@PVDF压电纤维；
[0011](4)、将制得的Tris@PVDF压电纤维进行干燥、裁剪，封装得到压电器件并进行压电输出的测试。
[0012]进一步的，在步骤(1)中，在含有DMF与丙酮的混合溶剂中，
[0013]所述DMF与丙酮的质量比为3：2。
[0014]进一步的，在步骤(2)中，所述PVDF在Tris溶剂中溶解的条件是：溶解的温度是45
℃
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65℃，溶解的时间是1.5～3.5H；
[0015]所述PVDF的质量占Tris溶剂的质量比为10～15wt％。
[0016]进一步的，在步骤(3)中，所述静电纺丝的具体操作为：针尖到滚筒距离17cm、电场强度1.2kV/cm、针头为25G、溶液进给量为1ml/h、滚筒转速为1000rmp。
[0017]进一步的，一种由Tris增强的PVDF压电纤维作为能量收集和柔性压电传感器的应用。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点是：本专利技术的制备方式简单，制备时间较短，能够获得较高的性能提升，且重复性好；制的的高性能Tris@PVDF压电纤维具有高的结晶度和结晶β相；本专利技术通过简单的静电纺丝法，首次引入了Tris作为添加物增强PVDF压电纤维的性能，所得的压电纤维在能量收集和柔性压电传感器方面的应用具有一定的潜力。
附图说明
[0019]图1为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维的SEM照片；
[0020]图2为实施例3制备的Tris@PVDF压电纤维的Mapping元素分布照片；
[0021]图3为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维的XRD图谱；
[0022]图4为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维的FTIR图谱；
[0023]图5为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维的DSC图谱；
[0024]图6为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维的结晶度、相对β相含量以及β相结晶度与tris含量之间的关系图；
[0025]图7为实施例4制备的Tris@PVDF压电纤维封装的示意图；
[0026]图8为实施例1
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4制备的Tris@PVDF压电纤维封装后测试的电压输出图。
具体实施方式
[0027]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0028]如图所述，本专利技术所述的一种由Tris增强的PVDF压电纤维，具有高的结晶度和结晶β相。
[0029]进一步的，所述纳米纤维(PVDF压电纤维)的直径为200nm。
[0030]进一步的，所述纳米纤维的结晶度最高为45.4％；结晶β相为92％。
[0031]本专利技术中，当Tris的含量为0wt％时为纯PVDF纳米纤维，具有低结晶度为36.6％；当Tris含量高于0wt％时，结晶度开始提高；当Tris含量达到1wt％时，结晶度最高，为45.4％；当Tris含量高于1wt％时，结晶度开始降低。适量的Tris引入可以提高PVDF纳米纤维的结晶度。
[0032]本专利技术的制备原理为：本专利技术采用静电纺丝法制备Tris增强的同轴高结晶度PVDF压电纤维；其具体步骤如下：
[0033]首先，将Tris溶解在含有DMF与丙酮的混合溶液中，从而制得Tris溶剂，其中Tris在混合溶液中分散并形成单分子；
[0034]其次，加入PVDF于混合溶液(Tris溶剂)中，在加热搅拌下，PVDF溶解，长链舒展并
与Tris接触，Tris上的
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NH2与PVDF上的
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CF2之间形成氢键，制得Tris
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PVDF溶液；
[0035]然后，将制得的Tris
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PVDF溶液进行静电纺丝，制得纺丝的Tris@PVDF压电纤维；
[0036]最后，将制得的Tris@PVDF压电纤维进行干燥、裁剪，封装得到压电器件并进行压电输出的测试；
[0037]在电场的作用下Tris上的
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维，其特征在于，所述PVDF压电纤维的直径为200nm。2.根据权利要求1所述的一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维，其特征在于，所述Tris作为添加物的含量占Tris、PVDF体系的0wt％～1.5wt％。3.如权利要求1
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2任意所述的一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：(1)、将预备的Tris溶解于含有DMF与丙酮的混合溶剂中，制得Tris溶剂；(2)、将预备的PVDF溶解于制得的Tris溶剂中，制得Tris
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PVDF溶液；(3)、将制得的Tris
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PVDF溶液进行静电纺丝，制得纺丝的Tris@PVDF压电纤维；(4)、将制得的Tris@PVDF压电纤维进行干燥、裁剪，封装得到压电器件并进行压电输出的测试。4.根据权力要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱孔军，李红呈，李霞，王婧，严康，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：