ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的制备及压电特性

采用静电纺丝技术,通过两步低温水热法制备了ZnO@聚丙烯腈(PAN)柔性复合纳米纤维膜。研究了静电纺丝电压和滚筒转速对ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜压电和铁电性能的影响。研究结果表明,当静电纺丝电压为20 kV、滚筒速度为1000 r/min时,ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜的输出性能达到最佳,输出开路电压可达到5.5 V,短路电流可达到0.61μA,剩余极化强度可达到0.43μC/cm^(2)。在外部负载电阻为13 MΩ时,柔性复合纳米纤维膜达到最大输出功率0.63μW。经过5000次循环敲击测试,所制备的ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜输出性能保持稳定。通过ZnO@PAN柔性复合纳米纤维膜可实时监测握力器微握、半握、全握三种不同的状态,在自供电柔性压力传感器领域有着广阔的应用前景。

全纳米纤维离电式柔性压力传感器的制备及性能研究

为解决传统的电容式压力传感器灵敏度低的问题,基于聚丁二酸丁二醇酯对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)和离子液体(ILs),采用静电纺丝技术制备离子介电层(ILs/PBST),并利用离电式压力传感机制开发了一种灵敏、透气的全纳米纤维离电式柔性压力传感器。该器件具有超高灵敏度(902.4 kPa-1,0~6 kPa)和快速响应/恢复时间(147 ms/147 ms),能够快速稳定地监测多种人体运动及生理信号。此外,三维多孔纳米纤维网络赋予其良好的透气性,确保其长期佩戴的舒适性,该器件有望应用在智能医疗领域。

静电纺丝制备柔性SiO_(2)纳米纤维膜的研究

利用静电纺丝技术,采用聚乙烯醇(PVA)作为模板,以水为溶剂,配制PVA和硅酸四乙酯(TEOS)的共混溶液,制备柔性SiO_(2)纳米纤维膜。然后采用电镜扫描观察纤维膜的形貌,并研究分析不同煅烧温度下所制备的柔性SiO_(2)纳米纤维膜的晶体结构、拉伸性能、柔性和弯曲性能。结果表明:在本次试验条件下,700℃是最适宜的煅烧温度,此时纤维膜内部结构和柔韧性都较为良好;由于无定形区域增多,纤维膜具备优良的柔韧性,以及具有优良的可弯曲性能。

基于复合纳米纤维膜的离子传感器制备及其性能

为开发具有高稳定性、高灵敏度的柔性离子传感器,采用静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)/离子液体(IL)复合纳米纤维膜,与电极材料组装成三明治结构的离子传感器。探讨了纺丝液质量分数及IL含量对纺丝工艺和纤维膜形貌的影响;其次利用能量色散X射线光谱仪和红外光谱仪表征了复合纳米纤维膜所含元素分布与化学结构;进一步利用柔性传感器测试系统探究了不同IL含量、不同厚度的纳米纤维膜对于传感器性能的影响。结果表明:在PVDF质量分数为18%~19%,且与离子液体量比为2∶1或3∶1时,复合纳米纤维膜表面规整,串珠少,纤维直径分布均匀,带电离子数量增多且分布均匀;随着PVDF/IL纳米纤维膜的厚度增加,离子传感器的检测范围逐渐增大,灵敏度逐渐降低;在聚偏二氟乙烯质量分数为18%,且与离子液体的量比为2∶1时,离子传感器在0~40 kPa的检测范围内具有32.471 pF/kPa灵敏度的压力感测,在5000次加载-循环中保持突出的力学稳定性,并且可应用于分辨人体关节运动的检测。

柔性YSZ-TiO_2纳米纤维膜的制备及其光催化性能研究

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板聚合物、醋酸锆[(Zr(Ac)_4]为锆源、六水合硝酸钇[Y(NO_3)_3·6H_2O]为稳定剂,通过均质处理的方法在前驱体溶液中加入二氧化钛纳米颗粒(TiO_2-NPs)并利用静电纺丝技术及煅烧工艺制备了掺杂TiO_2-NPs的柔性钇稳定氧化锆(YSZ-TiO_2)纳米纤维膜,并研究了其对亚甲基蓝(MB)的降解效果。研究结果表明:在MB溶液浓度为10mg/L,降解时间为70min,TiO_2-NPs用量为8%条件下,制得的柔性YSZTiO_2纳米纤维膜对MB的降解率最高达到95%,有望应用在污水处理等领域。

纳米纤维素/乙基纤维素超细泡孔柔性膜的制备

首先将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和纳米纤维素(CNC)进行反应,制备表面含有异氰酸酯活性基团的CNC(I-CNC);后将反应体系一起添加到乙基纤维素(EC)中,并通过溶液浇铸和水引发发泡制备了I-CNC/EC超细泡孔柔性纳米复合材料。研究了改性前后CNC表面基团的变化情况,以及IPDI添加量对复合材料力学性能和泡孔孔径的影响,结果表明:添加4份CNC和12份IPDI,I-CNC/EC微孔膜表现出典型韧性材料的特征,拉伸强度和断裂伸长率分别为40.3MPa和52.2%,耐折叠次数可达到2193次。发泡制得的泡孔孔径只有0.74μm,不会对膜的结构造成影响。

静电纺丝导电纳米纤维膜的研究进展

由于具有电导率可调、比表面积大、自支撑、柔性等优点,导电纳米纤维膜材料的研究日益受到关注。静电纺丝技术结合涂层包覆法、超声包覆法、原位聚合包覆法等化学方法是制备导电纳米纤维膜材料最简单、有效的工艺。首先简单介绍了静电纺丝技术,然后按照导电材料的种类对导电纳米纤维膜的制备工艺进行了归纳总结,最后综述了近几年导电纳米纤维膜材料在生物工程、电磁屏蔽防护和柔性传感器等领域的探索进展。

高透明的柔性金纳米纤维膜

通过静电纺丝技术与离子溅射镀膜法,以电纺聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为模板,制备了高透明的柔性金（Au）纳米纤维膜.研究表明,该柔性Au纳米纤维膜呈现无规网状分布,纤维的平均直径为291~322 nm.当Au的溅射时间为75 s时,所得薄膜的可见光透过率为92%,近红外反射率为7%,电阻率为2.9×10-3Ω·cm.该Au纳米纤维膜可转移到任何柔性基底上,且显示出优异的柔韧性,在弯曲500次后其电阻率基本不变.

柔性碳基纳米纤维膜的研究进展

碳纳米纤维膜具有优良的导电性、热稳定性、低密度和抗化学腐蚀性能,在能源和环境等领域具有广泛的应用。静电纺丝是一种简单而有效制备纳米纤维膜的技术,柔性碳纳米纤维膜受到越来越多的关注。然而,静电纺碳纳米纤维膜往往是脆性的,限制了碳纳米纤维膜的应用。文章综述了静电纺丝柔性碳纳米纤维膜的研究进展,重点叙述了柔性碳纳米纤维膜的性能和柔性机理,归纳颗粒增韧、相变增韧和封端增韧三种柔性机理,为进一步研究和发展柔性碳纳米纤维膜提供参考依据。此外,提高碳纳米纤维膜的柔性对于柔性器件和可穿戴纺织品的发展具有重要意义。

柔性透明自支撑氧化锡锑电纺纳米纤维膜的制备与表征

以四氯化锡和三氯化锑为前驱体,通过静电纺丝技术制备了柔性透明的自支撑氧化锡锑(ATO)纳米纤维膜.研究结果表明,该柔性ATO纤维膜具有四方相金红石晶体结构,且呈无规的纤维网状分布.当前驱体煅烧温度分别为520℃和700℃时,纤维的平均直径为200和150 nm;组成纤维的颗粒的平均粒径为10和19 nm;可见光透过率为72%和80%;电阻率为5.23和2.20Ω·cm.该自支撑ATO纳米纤维膜还显示出优异的柔韧性,在弯曲500次后其电阻率基本不变.

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。

纳米纤维膜基柔性压力传感器的优化设计制备

为获得一种灵敏度高、制备工艺简单、轻薄透气的柔性压力传感器,采用静电纺丝热塑性弹性体聚氨酯(TPU)纳米纤维膜为基底和介电层,以碳纳米管导电油墨为电极涂料,通过超声波焊接方式制备三明治结构的纳米纤维膜基柔性压力传感器,并研究其压力传感性能与纳米纤维膜厚度和微观结构之间的关系。结果表明:随着纺丝时间增加,TPU纳米纤维膜厚度增加,拉伸应力增大,断裂伸长率减小;在9.8~49000 Pa压力范围内,TPU纳米纤维膜基柔性压力传感器灵敏度随纺丝时间增加而减小,当纺丝时间为1 h时,其灵敏度高达4.97 kPa^-1,该纳米纤维膜基柔性压力传感器具有灵敏度高、响应范围广的特点。

钙钛矿太阳能电池用Ag/ZrO_(2)/C柔性纳米纤维膜电极

钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)因其制备简单、光电转化效率较高等优点而备受关注。静电纺碳纳米纤维膜(carbon nanofiber films,CNFs)具有高比表面积、良好的电学性能和化学稳定性,但其脆性限制了它的应用。利用静电纺丝法结合水热法制备柔性导电Ag/ZrO_(2)/C复合纳米纤维膜,然后将其应用于PSCs的对电极,研究不同Ag纳米颗粒添加量对柔性复合纳米纤维膜和电池的性能影响。结果表明:当银前驱体溶液质量浓度从0 g/mL增加至0.030 g/mL时,Ag/ZrO_(2)/C复合纳米纤维表面的Ag纳米颗粒的包覆越来越好,薄膜显示良好的柔韧性,其抗弯弹性模量为0.479 MPa,电导率从866 S/m增加到4862 S/m,提高了薄膜的空穴电子传输能力,进而增强PSCs的性能。当溶液质量浓度为0.030 g/mL时,器件具备最优的光电转换效率(6.05%)和最大电流(18.44 mA/cm 2)。

柔性透明的自支撑氟锑共掺杂氧化锡电纺纳米纤维膜

以四氯化锡、三氯化锑和氟化铵为前驱体,通过静电纺丝技术制备柔性透明自支撑的氟锑共掺杂氧化锡(FATO)纳米纤维膜。研究表明,该柔性FATO纤维膜具有四方相金红石晶体结构,呈现出无规的纤维网状分布。当前驱体煅烧温度逐渐增加时,纤维的平均直径逐渐减小,而组成纤维的颗粒平均粒径逐渐增大;可见光透过率逐渐增大,电阻率逐渐减小。经700℃高温煅烧,FATO纤维膜的电阻率为0.97Ω·cm,可见光的透光率达到88%。重要的是,该自支撑FATO纳米纤维膜显示出优异的柔韧性,在弯曲500次后其电阻率基本不变。预计该FATO薄膜在柔性液晶显示器、塑料薄膜太阳能电池和柔性电光器件等领域有巨大的潜在应用价值。

轻薄型取向碳纳米纤维膜的应变传感性能

为实现对人体运动及生理信息的监测,利用静电纺丝法制备轻薄型取向碳纳米纤维膜(CNFM),并以此开发柔性应变传感器。重点分析了碳纳米纤维膜的结构及性能,讨论了CNFM的厚度、宽度及碳纳米纤维(CNF)的取向对传感性能的影响。结果表明:聚丙烯腈/石墨烯复合纳米纤维的取向度及CNFM的透光率可分别达到61.3%和48%;当牵伸方向平行于CNF的取向时,传感器的应变范围随CNF取向度的增加先减小后增大,随CNFM厚度及宽度的增加逐渐增加;当牵伸方向垂直于CNF的取向方向时,传感器的应变范围显著提高,但其敏感系数降低。该超薄透明型柔性应变传感器可贴附于皮肤表面,检测人体关节及心率、声带振动等运动与生理信息,也可应用于智能服装及微小形变监测等领域。

碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米纤维膜的制备及其压电性能

为提高聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能,采用静电纺丝法将碳纳米管(CNTs)引入到PVDF纳米纤维膜中制备CNTs/PVDF纳米纤维膜,并组装成三明治结构的柔性压电传感器,探究CNTs质量分数对CNTs/PVDF纳米纤维膜压电性能的影响。借助扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、万能试验机以及数字示波器对纳米纤维的形貌、结构、力学性能及压电性能进行表征。结果表明:CNTs/PVDF纳米纤维膜具有良好的力学特性,CNTs的添加有利于晶体结构中β晶型的形成;当CNTs质量分数为5%时,CNTs/PVDF纳米纤维的晶体结构中β晶型含量最多,压电性能最强,此时柔性传感器的输出电压达到最大值7.5 V。

纳米纤维素/环氧树脂复合物用作柔性有机太阳能电池基底

为了解决柔性有机太阳能电池基底热膨胀系数大、基底热稳定性不佳的问题,采用纳米纤维素透明薄膜浸渍环氧树脂制得了复合材料,将该复合材料用作柔性有机太阳能电池基底。对其热学、光学、力学性能进行了表征和测试。结果表明:与纯环氧树脂相比,复合膜的热膨胀系数由4.6×10^(–5)K^(–1)下降至1.9×10^(–5)K^(–1),透光率可达89%,表面平滑(粗糙度2.15nm),机械性能良好。在该基础上,在复合基底上制备聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐导电电极,将制得的电极分别在70℃和-15℃环境下放置3 h,然后对其进行了表面形貌、电导率等测试,结果表明,温度变化时电极材料与基底结合良好无开裂,电导率稳定(829～872 S/cm)。

纤维素纳米晶柔性功能光子材料的制备及应用研究进展

利用绿色可再生和具有自组装成光子结构能力的纤维素纳米晶体(CNCs)构筑柔性功能材料可提供丰富直观的可视化信息、降低成本并减少不可降解材料的危害。但是由于体系内缺乏有效的软能耗相,基于CNCs的光子材料具有机械易碎和缺乏动态光学响应等不足,为其功能性拓展应用带来了一定的挑战。因此,根据CNCs的结构特点,详细介绍了目前CNCs光子膜的制备方法及其影响因素,进而对目前CNCs光子膜从机械刚性到机械柔性和机色响应性的各种合成调控策略进行了总结。同时,还着重强调了CNCs柔性功能光子材料的各种有前景的应用方向以及未来面临的挑战。

自组装CNT/CNF/AgNPs柔性自支撑阴极膜用于可充电锌空气电池的新策略

通过液相原位还原的方法合成了柔韧性好、电导率高的碳纳米管/纳米纤维素纤维/银纳米颗粒(CNT/CNF/Agx)复合膜,并作为锌空气电池的柔性自支撑阴极。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和X-射线光电子能谱(XPS)等技术对复合膜进行了表征,组装成全固态柔性锌空气电池进行充放电以及稳定性测试。当AgNO_(3)和NaBH_(4)物质的量比为1∶10时制备的CNT/CNF/Ag1-10复合膜电导率高达293.2S/m,具有优异的氧还原性能,此时银纳米粒子结晶度最高,氧还原反应中极限电流密度达到5.19 mA/cm^(2),塔菲尔斜率低至71 mV/dec。表明该复合膜作为锌空气的柔性阴极具有良好的电催化性能和广阔的的应用前景。

电容式柔性压力传感器的研究进展

为了分析电容式柔性压力传感器的传感机制和发展方向,首先介绍不同类型柔性压力传感器的工作原理,并且比较了不同类型压力传感器的灵敏度、柔性及稳定性等性能的优势与缺陷,介绍了电容式柔性压力传感器在人体运动及生命体征信号监测等方面的研究现状和发展趋势,分析了微结构、电极材料和复合介电层等对电容式柔性压力传感器的灵敏度、响应时间及稳定性的影响。为了提高器件的综合性能,认为未来开发具有多功能、高柔性、高灵敏度及稳定性的静电纺丝纳米纤维膜基电容式柔性压力传感器将是重要的发展方向。