SnO_(2)-Au-PANI复合材料改性商用NH_(3)传感墨水及其性能研究

采用点胶印刷技术,以商用墨水(kz-sense-103)在棉布基底上考察电极指间距和电极对数对氨气(NH_(3))传感性能的影响,确定了指间距为1 mm、传感器性能最佳的6对叉指电极。研究了以SnO_(2)-Au-PANI复合物改性商用墨水获得的改性墨水的传感性能。结果表明:经改性墨水制备的传感器实际检测限可达到5×10^(-6)的NH_(3),性能远远优于商用墨水,且具有优异的时间、温度和湿度稳定性,并能够从H_(2)、CO、SO_(2)和NH_(3)中区分出NH_(3),表明该传感器墨水适合在日常及工业环境中对NH_(3)的监测应用。

柔性聚乙二醇基相变储能材料的研究进展

固固相变材料(SSPCMs)在低温时放热,高温时吸热,具有储能特性,受到研究者的重点关注。聚乙二醇(PEG)具有焓值高、相变温度随分子量的变化范围广等优点,但其固液相变特性使其应用受限,所以通常将PEG封装后制备SSPCMs。但是封装后由于非热活性骨架的存在而使其储能密度、热导率和柔性均有所下降,目前的研究重点是在确保柔性的前提下提高热导率和储能密度。从掺杂多孔材料、微胶囊化、静电纺丝技术和聚合物交联四个方面对提高PEG的储能密度与柔性的方法进行了论述,并展望了未来的研究方向以及存在的挑战。

特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离中的研究进展

油水混合物经过分离后再处理,不仅可以实现油、水资源的重复利用,还能有效避免由于直接排放所造成的环境污染问题,因此研究用于分离油水混合物的材料对于节约资源和保护环境就显得尤为重要。其中,特殊浸润性纳米纤维膜材料具有超疏水/超亲油或超亲水/超疏油等特性,这使其在油水分离的应用研究中得到广泛关注。基于此,本文对特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域的研究现状和应用进行了综述。介绍了特殊浸润性材料的基础理论和电纺纳米纤维膜的应用,归纳并总结了特殊浸润性纳米纤维膜材料在油水分离领域中的研究进展,最后指出在油水分离过程中,特殊浸润性纳米纤维膜上精细的微观结构很容易受到机械损坏和化学污染,这极大地限制了其在油水分离中的应用,同时对于研究出结构稳定、耐酸碱、并且可大规模生产的高效分离性能的特殊浸润性纳米纤维膜材料进行了展望。

PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维的制备及其电化学性能研究

为了更好地实现石墨烯基纤维在柔性可穿戴储能器件领域的应用,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯水分散液与聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)分散液制备一定浓度的复合纺丝液;以氯化钙溶液为凝固浴,通过湿法纺丝技术制备不同比例的PEDOT∶PSS/氧化石墨烯复合纤维,经氢碘酸还原获得PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维。对PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维的结构形貌进行表征,PEDOT/PSS质量分数为20%时复合纤维的直径约为95μm,表面具有褶皱卷曲的形貌。以PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维组装柔性超级电容器,在不同凝胶电解质体系中进行电化学性能评价。结果表明,PEDOT∶PSS质量分数为20%的PEDOT∶PSS/石墨烯复合纤维在PVA/H_(2)SO_(4)凝胶电解质体系中的电化学性能最佳;当电流密度为0.14 mA/cm^(-2)时,面积比电容为420.7 mF/cm^(2),能量密度为9.35μW h/cm^(2),表现出良好的电化学性能,可为温湿度计供电,并显现出在智能可穿戴储能器件中的潜在应用前景。

CO_(2)基聚脲多孔材料对甲基橙吸附性能研究

为了有效地去除印染废水中甲基橙(MO)等合成染料,以CO_(2)和1,6-己二胺为原料,采用无催化剂、无脱水剂法制备了CO_(2)基聚脲(CO_(2)-PU)多孔材料,并对材料进行表征,研究了CO_(2)-PU对MO的吸附性能和机理。结果表明:CO_(2)-PU对MO具有良好的吸附性能,当pH为4,吸附时间为20min时,5mg CO_(2)-PU对MO的吸附率和吸附量分别能达到96.4%和96.4mg/g,并且CO_(2)-PU具有良好的循环使用性能。CO_(2)-PU对MO的吸附过程符合准二级动力学模型,吸附行为与Langmuir吸附等温线模型一致。

聚乳酸压电材料的研究进展

聚乳酸作为一种环境友好的绿色生物基材料,具有生物可降解性和良好的压电性能,在智能可穿戴领域有广阔的应用前景。系统分析材料的压电效应原理、加工方式与复合材料对聚乳酸压电性能的影响机制,阐述基于不同制备方法得到的聚乳酸压电材料在传感器、能量收集装置和驱动器等方面的研究进展。为了提升聚乳酸压电材料的应用潜力,开发具有高压电性能的多功能聚乳酸基材料是重要的发展方向。

甲壳素/聚乳酸压电复合膜的制备及性能研究

随着智能可穿戴技术的发展,开发环境友好的压电材料具有重要意义。通过静电纺丝技术制备甲壳素/聚乳酸复合纤维膜,并研究其压电性能。结果表明:当添加的甲壳素质量分数1.5%,纺丝电压为18 kV,接收辊转速为100 r/min时,甲壳素/聚乳酸复合纤维膜的输出电压约为2.2 V,是聚乳酸纤维膜的2.5倍。压电性能随复合纤维膜的厚度、施加压力及受力面积的增加而提高,并且纤维膜具有良好的可降解性和稳定性,可用于实时监测人体行为状态和生命体征。

尿 素- 聚丙烯腈复合纳米纤维膜的制备与吸湿性能研究

溶液除湿技术采用的传统吸湿材料因长时间接触填料,易造成填料塔的腐蚀与变形,而吸湿纳米纤维膜具有大比表面积、高吸湿性能和良好的透气性,在该领域表现出优异的应用潜力。本文通过静电纺丝法,成功制备了聚丙烯腈(PAN)/尿素(Urea)复合纳米纤维膜,尿素以其独特的吸湿性能显著增强了纳米纤维膜的吸湿能力。利用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测量(BET)和红外光谱(F T-IR)等技术手段,表征了纳米纤维膜的微观形貌与结构;利用高低温试验箱探索了不同的氯化锂(LiCl)浸渍浓度、浸渍时间以及PAN与Urea的质量比对纳米纤维膜除湿效果的影响。结果表明,PAN和Urea的质量比为1∶1,LiCl的浸渍质量分数为35 wt%,浸渍48 h,在25℃和95%RH条件下,将纳米纤维膜置于高低温试验箱测试5 h,吸湿量可达到4.48 g/g。该复合材料展现出良好的吸湿性能,为纳米纤维型吸湿材料的设计开发提供了新的思路。

锂电池柔性化结构设计的研究进展

可穿戴设备等便携式电子产品柔性化、轻薄化的发展需求,使柔性电池受到越来越多研究者的关注。由于锂电池是各类电子产品的主要电源,高比能可拉伸柔性锂电池的开发成为研究重点。锂电池的柔性化结构设计是为了满足电池进行编织织造或在复杂形变条件下的使用需求,在仿生、折纸/剪纸、纤维/纱线等概念启发下,采用柔性或非柔性材料对电池整体结构进行柔性化设计,制备各种形状结构的具有宏观柔性的锂电池。本文综述了锂电池柔性化结构设计的研究进展,分析并探讨了目前存在的问题,以期为未来高能量密度柔性锂电池在可穿戴设备上的应用提供理论指导。

基于静电纺纳米纤维的柔性可穿戴压力传感器的研究进展

柔性可穿戴压力传感器具有舒适性高、可编织性强以及可模仿人类皮肤对外界刺激做出敏锐的感知和响应等独特性能,可作为人工电子皮肤被广泛应用于医疗检测、疾病诊断、人体运动跟踪以及健康监测等领域。近年来,基于柔性可穿戴压力传感器的设计、构筑、性能探究和开发受到研究者的广泛关注。利用静电纺丝法制得的纳米纤维膜具有孔隙率高、比表面积大、易于功能化改性等优点,使其在柔性传感器构筑领域展现出极大的应用潜力。基于此,本文对静电纺纳米纤维在柔性可穿戴压力传感器方面的研究及进展进行了综述。简要介绍了可穿戴压力传感器的特点,阐述了静电纺丝技术及静电纺纳米纤维在制备柔性可穿戴压力传感器方面的优势,重点讨论了基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器在不同领域的研究应用,最后对低成本制造具有高分辨率、高灵敏度、精确的响应性的基于静电纺的柔性可穿戴压力传感器研究做了总结和展望。

CO_(2)基聚脲纳米纤维膜的压电性能研究

开发环境友好型压电材料具有重要意义。以CO_(2)为原料替代光气及异氰酸酯,其与不同结构的二胺反应合成CO_(2)基聚脲(PU);通过静电纺丝技术制备PU纳米纤维膜;采用SEM、XRD、FT-IR、TG等仪器对PU纳米纤维膜的结构进行研究,并组装压电传感器测试压电性能。结果表明:随着二胺碳链长度的增加,PU纳米纤维膜的压电性能逐渐降低;PU-6纳米纤维膜的纤维形貌和压电性能最好,输出电压为4 V,并且具有良好的稳定性和耐用性,在智能可穿戴领域有潜在应用前景。

金属氧/硫化物修饰石墨烯复合纤维及其柔性超级电容器

纤维型柔性超级电容器由于其高功率密度、长循环寿命、微型化、优异柔韧性等特点,在可穿戴电子产品、智能织物领域备受关注。以氧化石墨烯和片状二硫化钼为混合纺丝液,通过限域水热法组装制备二硫化钼/石墨烯复合纤维,并在纤维表面原位均匀沉积二氧化钌,制备二氧化钌@二硫化钼/石墨烯复合纤维(RuO_(2)@MoS_(2)/GF)。采用SEM、TEM、XPS、XRD等测试方法对复合纤维进行结构形貌表征,并组装纤维型超级电容器,评价其在凝胶电解质体系的电化学性能。结果表明:在电流密度为0.2 mA/cm^(2)时,RuO_(2)@MoS_(2)/GF的比电容为685 mF/cm^(2),同时具有良好的循环稳定性,充放电循环6000次后,比电容保持率80%;通过将纤维型超级电容器串联,实现为电子计时器实际供能,促进石墨烯纤维在智能可穿戴领域的应用。

PAA/PVA复合纳米纤维膜的制备与吸湿性能研究

采用静电纺丝技术以2种亲水性聚合物聚丙烯酸(PAA)与聚乙烯醇(PVA)为原料制备复合纳米纤维膜,同时在纺丝溶液中添加无机盐氯化锂(LiCl)以提高纳米纤维膜的吸湿性能。利用扫描电镜、水接触角等方法对纳米纤维膜的微观形貌和亲疏水性能进行表征和测试;采用恒温恒湿系统对复合膜的吸湿性能进行测试。实验结果表明:当PAA、PVA混合质量比为5∶5时,纳米纤维的形态与吸湿性能最优;掺杂的LiCl质量分数为3.5%时,纤维膜吸湿性能最好,吸湿率可达到1.32 g/g。

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。

纳米SiO_(2)微球的粒径调控及影响因素研究

采用改进的Stober溶胶-凝胶法,以氨水为碱性催化剂,通过改变乙醇和水的比例,制备出粒径范围为230~430nm的均匀SiO_(2)微球,并探究了反应时间、正硅酸乙酯(TEOS)滴定速度对其粒径和均匀度的影响。扫描电镜(SEM)及动态光散射测试显示,改变乙醇和水的比例、反应时间及TEOS的滴定速率可以很好地调控SiO_(2)微球的尺寸和圆滑度。研究结果表明,随着乙醇浓度的增大,SiO_(2)粒径减小;随着TEOS滴定速率的减小,SiO_(2)粒径相对减小且更加均匀圆滑;反应时间延长,粒径逐渐变大,最后在4h后粒径逐渐趋于稳定且保持不变。同时,微球通过垂直自组装法形成的光子晶体薄膜具有明显的结构色,进一步验证了改变乙醇和水的比例能得到尺寸均一、高圆滑度的SiO_(2)微球。

石墨烯带隙的打开方法及其研究进展

石墨烯由于具有易于调控的电子结构、稳定的化学性能以及超高的载流子迁移率等特性,其在电子器件领域具有广阔的应用前景。然而,石墨烯为零带隙的半金属材料,开关比较小,其在微纳电子器件中的应用因此被限制。因此,打开石墨烯带隙使其具有明显的开关比,同时保持较高的载流子迁移率是石墨烯广泛应用于电子器件领域的重大挑战。研究者们通过化学掺杂、有机分子接枝、物理吸附等方法对石墨烯的带隙进行调控。本文主要以是否破坏石墨烯的晶格结构或化学结构为分类依据,综述了石墨烯带隙打开方法的最新研究进展。

聚丙烯腈/山梨醇复合纳米纤维膜的制备与除湿性能

溶液除湿空调系统因可实现节能又高效的室内除湿,近年来受到很多的关注。填料是溶液除湿空调系统中的核心部件之一,其比表面积、润湿性等特性是影响除湿性能的关键因素。为了开发应用于溶液除湿空调系统的高性能填料,采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈(PAN)/山梨醇(SBT)复合纳米纤维膜;利用扫描电镜、比表面积测试仪及水接触角测试仪等测试手段对复合纳米纤维膜的微观形貌与结构及浸润性进行了表征;使用高低温试验箱对除湿性能进行测试。结果表明:当PAN和SBT的质量比为13∶12且浸渍氯化锂(LiCl)质量分数为20%时,复合纳米纤维膜的除湿性能最优,达到2.97 g/g。经过5次循环测试发现,该复合纳米纤维膜具有良好的循环稳定性。

中药负载型多功能聚丙烯腈纳米纤维膜的研制

低温萃取法提取传统中药黄连(CCF)和大黄(Rh)中的有效成分,将其混入聚丙烯腈(PAN)静电纺丝溶液中,制备得到CCF/PAN和Rh/PAN静电纺纳米纤维膜。探索了制备工艺和形貌控制方法,并对纤维膜进行抗紫外、空气过滤及调湿的多功能测试实验。研究发现:在纺丝时间为45 min、推进速度为1.0 mL/h时,CCF/PAN和Rh/PAN纤维膜空气过滤效率高达99.87%和99.48%,且具有一定的阻隔紫外线能力;浸泡LiCl盐溶液后,CCF/PA N-LiCl和Rh/PA N-LiCl纤维膜均具有良好的吸湿性能和吸湿速率,吸湿能力分别为2.59 g/g和2.67 g/g。

溶剂效应对合成聚苯胺形貌及性能的影响

采用无模板法,研究了不同溶剂的溶剂效应对聚苯胺(PANI)形貌及性能的影响。采用SEM、FTIR、XRD和TG对所得PANI进行了表征。研究发现:不同溶剂得到的PANI具有4种不同形貌,即玫瑰花型(水作溶剂)、纳米颗粒(乙醇、乙腈、乙酸乙酯作溶剂)、纳米棒(乙醚、甲醇、三氯甲烷作溶剂)和空心微球(水杨酸溶液作溶剂),其形貌的形成是溶剂的表面张力和软模板共同作用的结果;所得PANI均具有较高的电导率,且为掺杂态PANI,溶剂对电导率的影响不大;其FTIR谱图非常相似,但形成的氢键有强有弱,乙酸乙酯、乙醚、甲醇、水杨酸溶液作溶剂所得PANI醌环的键强度减弱,掺杂度降低。XRD结果表明,所得PANI总体为无定形聚合物,乙腈、甲醇、三氯甲烷为溶剂所得PANI的结晶性能更好一些,而以水、乙腈、乙酸乙酯、乙醚和三氯甲烷为溶剂时得到的PANI具有更好的热稳定性。

聚苯乙烯微球粒径调控与结构色的构筑

通过无皂乳液聚合法,以苯乙烯(St)为单体,碳酸氢钠作离子调节剂,过硫酸铵(APS)作引发剂,制备粒径范围在纳米级的均匀聚苯乙烯(PS)微球;研究了粒径及形貌与单体、丙烯酸(AA)及APS用量的关系。研究结果显示:所得PS微球粒径范围在221~610 nm,分散指数PDI均小于0.05;单体用量增大时,PS微球粒径增大;AA含量增加,微球表面趋于粗糙且粒径减小,不使用AA时微球表面光滑且球形规整;当St用量大时(35 mmol),粒径随APS用量增加而增大,但微球单分散性变差;当St用量小时(9 mmol),粒径随APS用量增加而减小,单分散性良好。另外,以垂直沉降自组装法得到的薄膜为非晶态光子晶体,具有鲜艳的结构色,且色彩与Lab值的图谱相一致。