基于PVDF柔性传感器的不同介质中冲击波波源测量与频谱分析

目的明确体外冲击波系统冲击头在不同介质界面产生的冲击波波源特征。方法采用冲击气压可调的体外冲击波产生与信号采集实验系统,结合聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性传感器,通过实验测量方法研究冲击头在不同介质(仿体组织、水和空气)界面产生的冲击波形,分析波源的时域特征和频谱特性。结果在相同气压冲击下,冲击头在仿体界面和水界面产生的冲击波波形相似,二者与空气界面产生的冲击波波形存在较大差异,空气界面的正负压绝对值明显减小;不同介质中产生的冲击波频谱特性相似,都存在3个明显的峰值频率,仿体、水和空气中调制频率分别为12.2、8.5、7.2 kHz,载波频率基本无变化(82~83 kHz)。不同气压冲击下,冲击头在同一介质界面产生的冲击脉冲波波形差异不大,冲击气压仅影响冲击波幅度,不影响峰值频率。随着冲击气压的增大,介质界面正负压绝对值增大,变化基本呈线性。结论PVDF柔性传感器可以有效测量冲击波波源,不同介质界面产生的冲击波在时域和频域都存在一定差异,不能简单以空气或水中的冲击波传播特性代替生物组织中的传播特性。研究结果可以为冲击波设备的评估和临床冲击波治疗方案的制定提供重要信息。

康复机器人PVDF柔性关节设计与驱动特性研究

针对康复机器人本体柔顺性差的问题,提出了一种新型的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)凝胶基人工肌肉,将其作为康复机器人柔性关节致动器,期望实现类人动作。介绍了PVDF凝胶制备和电致变形机制,并由此设计了具备收缩和伸张功能的单体肌肉,进而将多个单体肌肉上下串联,组合构成层级人工肌肉;基于康复机器人柔性关节3层级人工肌肉,辨识其驱动数学模型,并进行了仿真与实验。结果表明,该人工肌肉能够有效地实现位置控制,具备电致收缩和扩张能力,作为致动器应用于柔性关节是可行的。

PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜的制备及光催化性能

含大量有机染料的废水对环境的污染日益严重,光催化分离膜的研究备受关注。本研究先通过静电纺丝法制备了PVDF/PEMA膜,后进行酸处理制备出富羧基PVDF纤维复合膜,最后通过水热反应在膜表面原位沉积TiO_(2)@MoS_(2)微纳米颗粒,制备出在太阳光下具有较高催化活性的PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜。结果表明MoS_(2)的加入可以有效降低纤维复合膜禁带带隙能量,从而提高纤维复合膜的光催化活性;在光照4 h后对RhB的降解率达到97.1%;连续5次吸附-降解实验,纤维复合膜对RhB的降解率仍达到95%以上,表明该纤维复合膜具有优异的可重复使用性。因此,该膜在染料降解方面具有潜在的应用前景。

PVDF纳米纤维膜对工业除尘滤料的性能强化

为了利用聚偏氟乙烯(PVDF)纤维膜的细直径和热/压电性提升过滤效率,用静电纺丝方法制备了PVDF纤维膜,通过SEM和XRD表征了PVDF纤维膜形貌和β晶相转化,并将PVDF纤维膜附着在PPS滤料上制备成PPS/PVDF复合滤料,对其过滤效率及压差特性进行了评估.结果表明:PVDF纤维膜无串珠结构,纤维直径分布在270~780 nm,中值427.3 nm,晶型结构以β晶相为主.随着风速升高,PPS/PVDF纤维膜复合滤料过滤效率下降更小,证明PVDF纤维膜的压电效应对微细粒子过滤效率有改善作用.随着温度的提高,PVDF纤维膜呈现热电性,复合滤料的过滤效率上升,当温度升高到70℃,其对小粒径0.3μm粒子过滤效率提升幅度最大为28.37%.

TA对基于DA/PEI的PVDF复合疏松纳滤膜的结构与性能影响的研究

为了对染料废水中染料和盐进行有效地分离与回收,以聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜为基膜,以多巴胺(DA)、单宁酸(TA)及聚乙烯亚胺(PEI)为共沉积物,以均苯三甲酰氯(TMC)为有机相,采用界面聚合法制备了PVDF复合疏松纳滤膜,探讨了DA与TA及PEI与TA的质量浓度比对PVDF复合疏松纳滤膜结构与性能及处理模拟RB5染料废水效果的影响。结果表明,当ρ(DA)/ρ(TA)与ρ(PEI)/ρ(TA)分别为2/8和4/6时,膜性能最佳,此时纯水通量较不添加TA时分别提高36%和114%;模拟RB5染料废水通量较不添加TA时分别提高37%和87%;染料截留率分别为95.5%、95.4%,盐(NaCl)的截留率分别为3.95%、3.15%。PVDF复合疏松纳滤膜在处理模拟RB5染料废水中运行稳定性良好。

双凝固浴条件下TiO_(2)/PVDF-g-PEGMA/PVDF膜的制备及性能

将TiO_(2)和两亲聚合物PVDF-g-PEGMA一起加入铸膜液中,以乙醇溶液为第1凝固浴,利用其较高的成孔能力使改性膜表面生成大量孔洞,之后将改性膜放入第2凝固浴中,利用NaCl溶液对膜孔生长的抑制作用,制备孔隙率高、孔洞较小的亲水性TiO_(2)/PVDF-g-PEGMA/PVDF超滤膜。试验结果表明,第1凝固浴乙醇溶液质量分数为20%时,随着第2凝固浴NaCl溶液浓度的升高,α晶相的生长受到抑制,β晶相数量占比增大,表面粗糙度出现下降,改性膜的抗污染性能增强。试验中,m^(2)凝固浴条件(20%乙醇溶液,20 g/L NaCl溶液)下制备的改性膜性能最好,孔隙率达到1.94%,海藻酸钠截留试验中膜通量和截留率分别为288 L/(m^(2)·h)和68.08%;跨膜压力为10 psi(0.07 MPa)时的纯水通量和通量恢复率分别为1862 L/(m^(2)·h)和76.25%,较M0(仅20%乙醇溶液)均有所提高,trade-off效应得以缓解,牛血清蛋白吸附量下降到961.56μg/cm^(2),抗污染性能升高。

废弃PVDF管式超滤膜修复再生技术研究

为了减少管式超滤膜系统的膜更换成本,延长膜使用寿命,利用亲水修复剂对废弃PVDF管式超滤膜进行修复再生。通过XPS、SEM、AFM、孔径表征分析、过滤通量、截留率、机械强度等测试,探讨了废弃膜和再生膜的结构和性能。结果表明,经过膜修复实验,可补充废弃膜表面损失成分,修复剂所含DMAc还能溶解废弃膜孔隙中的有机污染物。在亲水剂、致孔剂和PVDF的共同作用下,再生膜表面可形成新的孔隙结构,平均孔径从0.0873μm增大至0.2355μm。确定了综合性能最优的再生膜修复剂成分为15%PVDF、75%DMAc、5%PEG和5%PVP,修复后的膜接触角降低了31.1%,在满足渗滤液中COD、NH3-N和TN截留率处理要求的同时,膜纯水通量提升近4倍,拉伸强度和断裂伸长率分别增加了52.5%和137.5%。

基于PVDF梳状换能器的零群速度Lamb波层合板损伤检测的数值研究

为提高层合板损伤检测的准确性与灵敏度,基于聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)梳状换能器激发的零群速度(zero group velocity,ZGV)Lamb波,提出了一种层合板损伤的检测方法。采用二维时域有限元方法,研究了PVDF梳状换能器对零群速度Lamb波的激励,通过改变层合板中铝层杨氏模量来表征不同的损伤程度,分析了PVDF梳状换能器电压响应特性与层合板损伤程度之间的关系。结果表明:采用PVDF梳状换能器能够有效激励零群速度Lamb波,并获得层合板内部的状态信息。随着损伤程度的增加,PVDF梳状换能器响应的零群速度共振峰频域幅值随着铝层杨氏模量的减小而显著减少,进而灵敏地评价层合板损伤变化。研究结果说明优化设计的PVDF梳状换能器在零群速度Lamb波的激发与接收性能上都具有优越性,能够有效检测层合板损伤情况。

改性PVDF-HFP基凝胶电解质的合成及锂金属电池性能研究

开发高质量的固态电解质,对制造新一代安全稳定的固态锂金属电池具有重要意义。以聚偏氟乙烯–六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene,PVDF-HFP)为聚合物基体,引入MOF-808作为活性填料,采用溶液浇筑法制备了新型凝胶聚合物电解质。优化后的凝胶聚合物电解质在室温下的离子电导率高达3.21 mS/cm,电化学稳定窗口可达5.0 V、具有较高的Li^(+)迁移数(0.63)、与锂金属具有良好的界面相容性。组装的磷酸铁锂全电池在0.5 C倍率下循环250次,容量保持率为86.7%。高性能凝胶聚合物电解质对提升锂金属电池的循环稳定性与安全性具有重要的应用价值。

基于PVDF球形换能器的载人潜水器浮力材料损伤侦听定位技术

针对载人潜水器作业过程中浮力材料受损位置难以实时监测、定位的问题,提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)球形换能器的载人潜水器浮力材料损伤定位的方法。为确定损伤部位中浮力材料损伤的精确位置,设计了基于最优四元阵列原理的PVDF球形换能器阵列。利用时延差值法进行声源定位模型的建立,获得浮力材料断裂部位的精确坐标。为提取有效的浮力材料断裂声信号,设计了基于改进DnCNN(denoising convolutional neural network)声信号去噪方法。根据定位原理设计了浮力材料损伤定位的软硬件系统,并搭建实验平台验证了方法的可行性。实验结果表明,基于改进DnCNN声信号去噪方法在实验室模拟噪声环境下,可以对浮力材料断裂目标信号进行有效提取;在声源位置距离球形换能器中远距离处取得了良好的定位效果,定位误差为±0.2 m,符合定位要求。

高含量β相PVDF薄膜的制备技术及相形成机理研究进展

压电材料广泛应用于滤波器、微位移器、驱动器和传感器等电子器件中,在卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域也有着重要的地位。压电材料主要分为单晶体压电材料、多晶体压电材料、高分子压电材料和聚合物-压电陶瓷复合材料。其中高分子压电材料如PVDF具有良好的柔韧性、优异的热电和铁电性能,从而受到学者的广泛关注。本文对溶液浇铸、静电纺丝和拉伸这三种制备高含量β相PVDF的工艺方法进行了总结,指出了工艺种类和工艺参数对β相生成的影响,探讨了不同加工工艺下相转变的机理,并对高含量β相PVDF薄膜制备技术、相形成机理及PVDF薄膜的应用发展趋势进行了展望。

PVDF/BaTiO_(3)纳米纤维膜制备可穿戴传感器用于运动监测

以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮为溶剂,制备聚偏氟乙烯(PVDF)溶液,并研究不同溶液对静电纺丝行为和纳米纤维结构的影响。采用静电纺丝技术,利用具有铁电性能的钛酸钡纳米颗粒(BaTiO_(3)NPs)作为无机填料,制备了PVDF/BTO纳米复合纤维膜,以提高PVDF的压电性能。通过调整掺杂比例,发现当BTO掺杂比例为15%时,制备的PVDF/BTO复合纤维薄膜具有良好的压电输出性能。最后,以PVDF/BTO复合纤维薄膜为核心材料,使用铜作为电极,并采用PDMS进行封装,制备了能够识别不同人体运动的压电传感装置,可作为穿戴式传感器对人体运动进行实时监测。

不同烘干温度下PVDF-HFP基准固态电解质的制备与性能研究

固态电池因其优异的性能备受研究人员关注。由于目前大多数研究中电解质膜的制备时间较长,因此,本文采用提高制作温度的方法来缩短制备时间。本文制备了以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为基的固态电解质膜,并探究60、70和80℃等3种不同烘干温度对电解质膜电化学性能的影响,在此基础上,组装以磷酸铁锂为正极、锂片为负极的固态电池,研究固态电池的充放电性能。结果表明:在80℃烘干条件下电解质膜表现出优异的电化学性能,锂离子迁移数达到0.53,离子电导率达到3.26×10^(-4)S/cm;组装的磷酸铁锂电池在0.1C下首圈充电比容量为137mA·h/g,首圈放电比容量为129mA·h/g,循环20次后,充放电效率为94%,具有较好的循环性能。

ETPTA复合PVDF-HFP基聚合物固态电解质膜的制备与性能研究

固态电池因其优异的性能备受关注,但是与传统的液态电池相比,离子传输能力偏弱,原因是固-固界面离子传输困难。本文制备了以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)为基的固态电解质膜,并探究PVDF-HFP和增塑剂乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)质量比为1.0∶0.3、1.0∶0.4、1.0∶0.5时对电解质膜离子传输的影响,并组装成以磷酸铁锂为正极、锂片为负极的固态电池,研究其电化学性能。研究发现:当PVDF-HFP和ETPT质量比为1.0∶0.4时,锂离子迁移数达0.89,电化学窗口可达4 V,离子电导率达到8×10^(-5)S/cm,表现出良好的稳定性。将质量比为1.0∶0.4的电解质膜装配成固态电池,经过激活之后,首先在0.1C的倍率下进行测试,首圈充电比容量为133 m A·h/g,首圈放电比容量为129 m A·h/g,在20圈循环测试后,放电比容量也能保持在120 mA·h/g以上,容量保持率为92%。

MXene/PVDF复合膜的制备、性能调控及其应用研究进展

二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)是一种新型二维碳化纳米材料,具有横向比率大、传输途径短和纳米通道多等独特优点。该文综述了MXene/聚偏氟乙烯(PVDF)膜的制备工艺,并分析了MXene与PVDF膜的电性能、机械性能、热性能、抗菌性能、环境稳定性等性能之间的调控关系;综述了MXene/PVDF复合膜在分离膜、高介电膜、电磁屏蔽膜等领域中的应用进展;最后,对MXene/PVDF膜的发展方向进行了展望:在当前研究阶段中,对PVDF膜进行抽滤处理仍是发挥MXene优异性能的有效途径之一;进一步深入研究MXene对PVDF膜定向调控的多功能性机制,有助于更好地理解MXene与PVDF膜之间的相互作用规律;此外,应该加强应用型研究,形成较完善的实际应用体系,有助于更好地理解MXene/PVDF复合膜的自身性质和性能,推动MXene/PVDF复合膜在各领域的应用研究和实际发展。

PVDF及其共聚物压电性能的温度稳定性研究

均聚物压电材料PVDF及其共聚物P(VDF-TrFE)因其良好的压电、介电性能及化学稳定性等优点,在传感及超声领域有着广泛的用途。P(VDF-TrFE)共聚物是通过共聚反应,将偏氟乙烯(VDF)与三氟乙烯(TrFE)相结合得到。文章对比研究了在升降温及相变温度条件下PVDF及P(VDF-TrFE)两种聚合物材料薄膜的压电特性和介电特性。结果表明,P(VDF-TrFE)共聚物相较于PVDF均聚物具有较高特性和良好的温度稳定性,研究结果为P(VDF-TrFE)共聚物压电材料在传感器、能量采集以及环境监测等相关场景的应用提供了数据支撑。

电泳沉积PVDF/Al/CuO复合含能薄膜及其燃烧性能研究

基于含氟聚合物的强氧化及含氟量高的特性,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表,通过电泳技术,采用石胆酸(LCA)作为表面活性剂,制备了PVDF/Al/CuO有机/无机杂化含能薄膜,并对其组分、结构、形貌及含能特性进行了系统的表征。结果表明:PVDF电泳沉积过程中石胆酸的最佳添加剂量为3mL(1wt%);当PVDF添加量为2wt%时,PVDF/Al/CuO复合薄膜的燃烧性能最好,热释放能量达3924J/g,远远高于Al/CuO的热释放能量。产生上述实验结果的主要原因是PVDF本身具有氧化特性,能够与铝发生化学反应,释放热量;此外,PVDF热分解产生的氟能够腐蚀铝表面的钝化膜,进而释放活性铝,极大提升了Al/CuO体系的能量释放效果。

Microstructure Regulation and Combustion Performance Optimization of PVDF/Al Composite Powder by Non-covalent Functionalized Graphenes

Graphene prepared by non-covalent modification of sulfonated poly(ether-ether-ketone)(SPG)was combined with polyvinylidene fluoride(PVDF)/Al to improve the PVDF/Al thermal conductivity while reducing the effect of the thermal resistance at the graphene-polymer interface.The regulation rule of SPG with different contents on the energy release of fluorine-containing system was studied.When the content of SPG is 4%,the peak pressure and rise rate of SPG/PVDF/Al composite powder during ignition reach the maximum of 4845.28 kPa and 8683.58 kPa/s.When the content of SPG is 5%,the PVDF/Al composite powder is completely coated by SPG,and the calorific value of the material reachs the maximum of 29.094 kJ/g.Through the design and micro-control of the composite powder,the calorific value of the material can be effectively improved,but the improvement of the mass release rate still depends on the graphene content and surface modification state.

高导热PVDF/Ag纤维膜的构建及其导热性能

为了提高纤维材料的导热性能,选择不同尺寸的Ag片作为导热填料,通过静电纺丝技术一步构建了具有三维互通导热网络的PVDF/Ag纤维膜,对其形貌和化学结构进行表征,研究Ag片尺寸、Ag片含量、压缩程度对其导热性能的影响,并对其实际应用能力进行评估。结果表明:加入混合尺寸Ag片,能够形成单根纤维内部连通和纤维之间外部连通的三维互通网络结构。具有该结构的PVDF/Ag纤维膜表现出优异的导热性能,导热系数达0.1038 W/(m·K),比纯PVDF纤维膜提高了61%;将其压缩处理后,导热系数进一步提升至8.693 W/(m·K),是压缩前的83.6倍。此外,三维互通网络的PVDF/Ag纤维膜还展示出优异的力学应用能力和疏水性能。研究结果对进一步开发多功能集合的纺织品及柔性材料具有重要的参考价值。

PVDF催化膜的制备及去除水中盐酸四环素性能研究

将具有芬顿催化活性的普鲁士蓝类似物Fe-Co PBA负载到聚偏氟乙烯(PVDF)膜内,采用浸没沉淀相转化法制备了一种新型PVDF催化膜,用于去除水中盐酸四环素污染物。结果表明:负载Fe-Co PBA纳米粒子既能提高PVDF膜表面亲水性、孔隙率和水通量,又能赋予PVDF膜催化活性;当Fe-Co PBA负载量为10%(质量分数)时,PVDF催化膜的纯水通量达到418.47L/(m^(2)·h),与纯PVDF膜相比提高了3.24倍。PVDF催化膜具有优异的抗生素去除性能和催化稳定性,当H_(2)O_(2)浓度为400mmol/L时,基于芬顿反应的PVDF催化膜对质量浓度20mg/L盐酸四环素的去除率达到90%;重复使用10次后,PVDF催化膜对盐酸四环素去除率仍保持在85%以上。