一种改性聚丙烯腈纳米纤维薄膜的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜及其制备的接触

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚丙烯腈纳米纤维薄膜的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及能量转化与储存领域，更具体的，涉及一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜及由其制备的接触
‑
分离模式的摩擦纳米发电机。

技术介绍

[0002]随着物联网技术的不断发展，便携式电子器件得到广泛的应用，传统的供能技术在定位检测，替换维护和环境污染等方面受到了严重挑战，摩擦纳米发电机作为新型微纳能源技术因其转换效率高，材料选择广，成本低廉等优势，在能量收集和信息传感等领域有着广泛的应用前景。
[0003]六方氮化硼，又称“白石墨”，不同于石墨碳材料，其拥有出色的绝缘性，同时也具备良好的热稳定性，化学稳定性，是非常理想的电荷储存增强材料，在摩擦纳米发电机中的摩擦材料起电性能增强领域有着非常独特的优势。
[0004]在面向实际应用中，由于对能量收集和传感灵敏度等方面有着较高的需求，摩擦纳米发电机技术仍面临着巨大的挑战。因此，为了进一步改善摩擦纳米发电机的性能，本专利技术对摩擦材料的摩擦起电能力进行了改善。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有聚丙烯腈薄膜在摩擦纳米发电机领域中存在的表面电荷密度低，工作稳定性差的缺点，提供了一种简单的对纳米纤维薄膜的改性手段，进而提高了纳米纤维薄膜在摩擦纳米发电机中的发电能力和工作稳定性。
[0006]第一方面，本专利技术公开了一种类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜的制备方法，本专利技术的技术方案如下：S1.分别配置质量百分比为10
‑
20wt％的高聚物纺丝液；S2.在纺丝液中加入不同浓度的六方氮化硼，使其搅拌均匀；S3.采用静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜；S4.将制备的纳米纤维置于溶剂中洗涤，干燥，即制备得到类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜。
[0007]上述步骤S1中，高聚物的选择可以是聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚偏氟乙烯等(优选地，聚丙烯腈)。
[0008]上述步骤S1中，高聚物纺丝液的溶质可以是无水乙醇，水，二甲基甲酰胺，N
‑
甲基吡咯烷酮(优选地，二甲基甲酰胺)。
[0009]上述步骤S1中，高聚物的质量百分比可以是10
‑
20wt％(优选地，15wt％)。
[0010]上述步骤S2中，加入的六方氮化硼粉末。
[0011]上述步骤S2中，加入的六方氮化硼与聚丙烯腈的比值可以是1∶5
‑
1∶20(优选地，1∶10)。
[0012]上述步骤S3中，静电纺丝的条件为：电压为10
‑
20kV，针头与接收器的距离为15
‑
20cm，纺丝液进样速度为1mL/h(优选地，电压为15kV，距离为15cm)
[0013]上述步骤S4中，纳米纤维洗涤采用的溶剂为水或无水乙醇；干燥方式为加热干燥，温度为80℃。
[0014]第二方面，本申请实施方式要求保护通过上述任一方法制备的改性纳米纤维薄膜在摩擦纳米发电机摩擦材料领域的应用。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：
[0016]1)本专利技术实施方式所制备的纳米纤维薄膜，其表面更加光滑，薄膜的工作稳定性显著增强。
[0017]2)本专利技术实施方式所展示的改性处理过程，操作简单，成本低廉，具有很好的工业前景。
[0018]3)本专利技术实施方式所制备的改性聚丙烯腈纤维薄膜，在摩擦纳米发电机中，较未处理的聚丙烯腈薄膜，其发电性能提升至原来的2.6倍。
附图说明
[0019]图1为本专利技术方式示例的光学照片，其中a为PAN/DMF纺丝液，b为加入BN后的纺丝液，c为制备的纳米纤维薄膜。
[0020]图2为本专利技术方式示例的纳米纤维薄膜的SEM图。
[0021]图3为本专利技术方式示例的纳米纤维薄膜所制备的摩擦纳米发电机的结构示意图。
[0022]图4为本专利技术方式示例的纳米纤维薄膜在接触
‑
分离模式的摩擦纳米发电机的短路电流图。
[0023]图5为本专利技术方式示例的纳米纤维薄膜在接触
‑
分离模式的摩擦纳米发电机的开路电压图。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例对本专利技术做出进一步地详细阐述，以下所述为本专利技术的解释而非限定。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0025]实施方式一
[0026]一种具有类包覆结构的氮化硼改性聚丙烯腈薄膜，具体的制备过程如下：S1.按照质量比为3∶17将聚丙烯腈和二甲基甲酰胺配置质量分数为15wt％的聚丙烯腈纺丝液，进行磁力搅拌，搅拌速度为200r/min，加热温度为80℃，搅拌时间为12h。S2.将六方氮化硼加入纺丝液中，与聚丙烯腈的质量比为1∶10，按照步骤(1)的搅拌方式继续搅拌12h，使氮化硼在纺丝液中均匀分散。分散情况如图1所示。S3.采用静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜，纺丝液进样速度为1mL/h，纺丝电压为15kV，针头与接收器之间的距离为15cm，滚轴转速为600mm/s，制备得到类包覆结构的氮化硼改性聚丙烯腈纳米纤维薄膜，其SEM图如图2所示。S4.将制备的纳米纤维薄膜用去离子水进行洗涤，在放入干燥箱中干燥12h，温度为80℃。
[0027]采用类包覆结构的氮化硼改性聚丙烯腈薄膜制备接触
‑
分离模式的摩擦纳米发电机：
S1.将纳米纤维薄膜连同铝箔裁剪成10cm
×
10cm的正方形，放入干燥箱中干燥4h，温度为80℃。S2.将上述铝箔连接的纳米纤维薄膜作为电极摩擦材料，另一侧为导电铜胶作为电极摩擦材料，组装成摩擦纳米发电机，其结构示意图如图3所示。S3.对摩擦纳米发电机进行了性能测试，得到的结果如图4，5所示。
[0028]在本实施方式中，通过SEM图能够看到氮化硼颗粒能够在被完好的固定在薄膜上，与纳米纤维形成了一种类包覆的结构。从宏观上看，薄膜表面更加光滑。在摩擦纳米发电机的性能测试中可以看到，经过改性后的聚丙烯腈纳米纤维薄膜，开路电压为200V，短路电流为1.08mA/m2，相比于改性前，薄膜的单位面积表面起电能力提升了2.6倍。
[0029]最后需要说明的是，上述实施例仅为优选实例，其余实例与其步骤类似。
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜，其特征在于，所述薄膜通过以下过程制备得到：S1.分别配置质量百分比为10
‑
20wt％的高聚物纺丝液；S2.在纺丝液中加入不同浓度的六方氮化硼，使其搅拌均匀；S3.采用静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜；S4.将制备的纳米纤维置于溶剂中洗涤，干燥，得到类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜。2.根据权利1要求所述的一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜，其特征在于，所述步骤S1中纺丝液的溶剂包括无水乙醇，水，二甲基甲酰胺，N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或多种。3.根据权利1要求所述的一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜，其特征在于，所述步骤S1中高聚物的选择可以是聚丙烯腈，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮，聚偏氟乙烯等中的一种或多种的组合。4.根据权利1要求所述的一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜，其特征在于，所述步骤S1中溶质的质量百分比为10
‑
20wt％。5.根据权利1要求所述的一种具有类包覆结构的氮化硼改性纳米纤维薄膜，其特征在于，所述步骤S1中纺丝液搅拌温度为70℃
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学斌，杨晗，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：