压电纤维的制备及应用研究进展

综述了无机陶瓷压电纤维、有机聚合物压电纤维及复合压电纤维的制备方法,介绍了压电纤维在可穿戴领域、能量收集领域、医疗领域、结构健康监测领域的应用情况。无机陶瓷压电纤维的制备技术包括热塑性挤压法、黏性溶液纺丝法、溶胶-凝胶法,其中热塑性挤压法和黏性溶液纺丝法具有操作简单、绿色环保的特点。有机聚合物压电纤维的制备技术包括熔融纺丝法、湿法纺丝法和静电纺丝法等,其中静电纺丝法制备有机聚合物压电纤维是当前的研究热点。指出未来压电纤维的研究在高压电响应压电纤维的制备、压电纤维与功能性纺织品的整合、压电纺织品的结构设计方面仍有待突破。     

纤维状NaMnPO_4电极材料的制备及其电性能

运用静电纺丝法制备纳米纤维NaMnPO_4作为钠离子电池正极材料。在保证原料比例适宜的情况下,通过改变PVP的用量,结合不同的烧结温度,烧结气氛等条件,探究PVP含量对静电纺丝纤维形貌及正极材料性能的影响。     

静电纺丝制备TiO2纳米纤维的光催化性能

纳米TiO2材料在光催化、抗菌等方面有着广泛应用。采用尺寸为20～30nm的TiO2颗粒与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的醇溶液混合制得纺丝液,通过静电纺丝技术与烧结工艺,制得TiO2纳米纤维。采用能谱仪、X射线衍射、扫描电子显微镜和投射电子显微镜等分析手段对样品进行了表征,与采用溶胶–凝胶结合静电纺丝技术得到的TiO2纳米纤维进行了形貌对比,并通过亚甲基蓝降解实验研究其光催化性能。结果表明：以TiO2纳米颗粒为原料通过静电纺丝技术制备的TiO2纳米纤维,主要为多晶相的锐钛矿结构,直径为150～250 nm,长度大于20μm,与溶胶–凝胶结合静电纺丝技术制得的TiO2纳米纤维相比,直径分布更为均匀。在紫外光照射90min时,对浓度为4mg/L的亚甲基蓝溶液的分解率为72%,具有较好的光催化效率。     

大功率PZT—PMS—PSN四元系压电陶瓷的研究

采用固相法制备了PZT—PMS—PSN四元系压电陶瓷,系统地研究了PSN组分含量对PZT—PMS—PSN四元系压电陶瓷的相结构、显微形貌及介电性能和压电性能的影响。结果表明：当PSN组分含量为0．02时,12307C烧结下的陶瓷具有相对优良的综合性能,Qm=2248,Kp=0．557,d33=226pC／N,tanδ=0．0056。通过调节组分制备出了综合性能优良的PZT—PMS—PSN基础体系,能够满足大功率压电陶瓷变压器材料的使用要求。     

PVP/PLA乳液静电纺丝成形及纤维毡亲水性能研究

利用乳液静电纺丝可制备一定复合结构的共混纤维,且可通过调控乳液的组成而实现聚合物溶液在低浓度下的静电纺丝成形。以聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)水溶液为分散相,聚乳酸(PLA)氯仿溶液为基体相,制备不同水相比例的PVP/PLA乳液,研究了PVP/PLA乳液静电纺丝成形及其纤维毡的亲水性能。结果表明:乳液体系中PVP水相的加入可使PLA乳液在远低于其单独可纺溶液浓度下纺丝成形,所得纳米纤维随着PVP水相比例的提高而表现出纤维直径增加,并发生纤维集结成束,PVP大部分分布在复合纤维毡的表层,纤维毡呈现明显的透水性能;PVP的加入可有效改善PLA纳米纤维毡的亲水性能。     

静电纺法制备PVP及其水解产物的无纺布纤维膜

通过溶胶．凝胶和静电纺丝法制备了PVP无纺布纤维膜以及PVP水解物PVSA的无纺布纤维膜。膜中纤维的直径约为100nm～900nm。通过SEM、FT—IR和XRD对其进行了表征。PVSA对CO2的选择渗透性是基于CO2与其活性基团之间的可逆反应。     

聚乙烯吡咯烷酮/银纳米复合纤维膜的制备及抗菌性

通过液相原位还原法(用乙醇还原硝酸银)获得了合有银纳米粒子的溶胶,从而制得聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/银纳米粒子/乙醇纺丝液;再利用静电纺丝技术,得到了含有银纳米粒子的PVP纳米复合纤维膜.利用紫外光谱仪(UV-vis)对溶胶内银纳米粒子进行了表征,运用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对纤维及其内部的纳米粒子的形貌结构和分布进行了表征,并且测试了该样品对大肠埃希菌的抗菌性能.结果表明:利用静电纺丝方法可制取PVP/银纳米粒子复合纤维膜,该膜具有抗菌性.     

无铅压电陶瓷制备方法的研究进展

无铅压电陶瓷的开发和应用已经成为各个国家的研究热点.无铅压电陶瓷的制备方法是决定其结构、性质和应用的关键因素.本文从粉体制备方法和陶瓷制备新技术两个方面综述了近几年无铅压电陶瓷制备方法(如溶胶-凝胶法、水热法、熔盐法、压电厚膜技术、放电等离子烧结技术等)的研究进展,并对制备出的无铅压电陶瓷的性能与传统方法进行了对比,讨论了不同制备方法的优缺点.     

PMMA/PZT复合材料的制备及电性能研究

采用有机物燃烧法制备了不同孔隙率多孔PZT陶瓷基体,在此基础上通过原位聚合法制备了PMMA/PZT压电复合材料。研究了复合材料的形貌与压电陶瓷体积含量对复合材料介电性能和压电性能的影响。结果表明,复合材料仍存在一定的孔隙率,随着PZT体积含量的增加,电性能参数呈非线性增加。当PZT体积含量为75%时,d33值达98 PC/N。     

莫来石纺丝溶胶的流变特性及可纺性研究

本文以氢氧化铝为铝源,以硅溶胶为硅源,采用溶胶-凝胶技术制备了莫来石纺丝溶胶,采用稳态及动态两种测试模式,研究了纺丝溶胶的粘度及流变性能,并采用干法纺丝制备连续莫来石凝胶纤维,评价了溶胶的可纺性。结果表明,温度对溶胶的非牛顿指数及结构粘度指数影响不大,这将有利于纺丝工艺的调节;高固含量有利于莫来石凝胶纤维的纺丝成纤,制备的凝胶纤维更细,纺丝稳定性更好。     

烧结温度对多孔陶瓷压电性能的影响

研究了烧结温度对海藻酸钠离子凝胶法制备3-1型多孔PZT压电陶瓷和凝胶注模法制备3-3型多孔PZT压电陶瓷性能的影响.结果表明:当烧结温度从1150℃升至1250℃,多孔PZT陶瓷的孔隙率降低,晶粒尺寸、介电常数、压电系数、厚度机电耦合系数和抗压强度增大,静水压压电系数与静水压品质因数随之降低.3-1型PZT陶瓷具有定...     

热压法制备压电陶瓷／聚合物复合材料及其性能的研究

本文采用热压法分别制备了PZT／PVDF、PT／PVDF0-3型压电复合材料,并分析了无机压电陶瓷种类、含量对复合材料介电性能和压电性能的影响。结果表明：所得材料具有较高的压电常数和良好的可柔性加工性能。     

纺丝液参数对静电纺丝制备莫来石纳米纤维的影响

为了获得静电纺丝制备莫来石纳米纤维的最优工艺参数,以无水氯化铝、正硅酸乙酯、异丙醚和二氯甲烷为原料,采用非水解溶胶-凝胶法制备莫来石前驱体凝胶,再以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为助纺剂,无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂制备纺丝溶液,利用静电纺丝技术获得莫来石前驱体凝胶-PVP纤维,经1 000℃煅烧合成莫来石纤维。研究了凝胶化温度(未凝胶、100和110℃)、凝胶用量(0.031、0.041和0.052 mol·L~(-1))和PVP用量(0.025、0.042和0.058 g·mL~(-1))等纺丝液参数对莫来石纤维相组成及显微结构的影响,并测试了最优工艺参数下制备的莫来石纤维在50℃下的热导率。结果表明:凝胶化温度对莫来石纤维物相组成影响较大,未凝胶化时纤维中仅有少量的γ-Al_2O_3相,凝胶化温度为100和110℃时则为莫来石相,但凝胶用量和PVP用量对莫来石纤维物相组成影响不大;纤维直径随着凝胶用量的增加而增大;当凝胶化温度为100℃,凝胶用量为0.041 mol·L~(-1),PVP用量为0.042 g·mL~(-1)时,纤维表面连续光滑,粗细较均匀,直径主要分布在150~300 nm,平均直径为213 nm,50℃下的热导率为0.053 W·m~(-1)·K~(-1)。     

连续氧化铝纤维的制备及应用

连续氧化铝纤维具有高的强度和模量,是一种重要的高性能无机陶瓷材料。本文主要综述了连续氧化铝纤维制备方法的研究进展及应用,特别是重点介绍了溶胶-凝胶法制备多晶氧化铝纤维。静电纺丝技术的应用也为纳米氧化铝纤维的制备提供了新的思路。采用溶胶-凝胶法时,原材料的选择以及各种影响因素都会影响水解和浓缩的速率,并最终决定氧化铝纤维的性能。最后对氧化铝纤维的发展方向进行了展望。     

利用溶胶-凝胶法制备连续莫来石纤维

利用溶胶-凝胶法以氢氧化铝、羧酸、硅溶胶为原料、结合干法纺丝制备了连续莫来石陶瓷纤维。通过TEM、TG-DSC、FT-IR、XRD、SEM等方法对纺丝溶胶的微观结构、纤维晶型以及纤维表面和内部结构进行了研究,利用流变仪对溶胶的流变性能进行了研究。结果表明：通过溶胶-凝胶法制备的前驱体溶胶可纺性优异,性能稳定;采用干法纺丝得到的连续莫来石凝胶纤维表面光滑、直径均匀;经陶瓷化处理后获得连续莫来石纤维,纤维直径11～13μm,单丝拉伸强度可达1.9GPa,1200℃煅烧后主晶相为莫来石相。     

静电纺丝法制备中温固体氧化物燃料电池阴极用纳米La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.4)Fe_(0.6)O_3纤维

采用静电纺丝技术和溶胶–凝胶法制备了聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)/La0.6Sr0.4Co0.4Fe0.6O3(LSCF)复合纳米纤维,经过不同温度煅烧处理,获得了具有单晶结构的LSCF纳米纤维,并对纤维样品的煅烧过程、形貌、物相、结构以及电性能进行了表征。结果表明:PVP/LSCF复合纳米纤维中的水分和有机物在达到560℃前已经完全挥发和分解。经煅烧处理,可获得具有斜方六面体结构LSCF。经800℃煅烧后的LSCF纳米纤维的直径主要分布在130～240nm;以LSCF纳米纤维为阴极制备的单电池在750℃工作温度下,其最大功率密度为1.18W/cm2。与用传统溶胶–凝胶法在相同条件下制得的LSCF粉体相比,其单电池的电流–电压–功率性能有显著提高。     

以溶胶-自燃烧法合成PZT为基制备PMZN压电陶瓷

以硝酸锆为锆源,采用溶胶-自燃烧法在700℃的热处理温度下合成出具有单一钙钛矿结构的PZT粉料.采用溶胶-自燃烧法合成的PZT为基料,在1050℃制备出PMZN陶瓷.采用XRD,SEM研究了PMZN陶瓷的结构,并测量了其介电性能和压电性能.结果表明:PMZN陶瓷为四方钙钛矿结构,其主要电学性能指标为:Kp为0.54,Qm为1073,tgδ小于或等于0.001,ε33=1236,d33=454pC/N,f s为136.1kHz.与以常规固相反应法合成PZT为基料的PMZN陶瓷相比,以溶胶-自燃烧法合成PZT为基料的PMZN陶瓷的烧结温度较低,而且综合电学性能更为优良.     

PVP/PEO复合微纳米纤维的电纺性研究

采用聚乙烯毗咯烷酮/聚氧化乙烯/水(PVP/PEO/H2O)体系进行静电纺丝制备PVP/PEO复合微纳米纤维,研究了PVP/PEO共混溶液浓度、PVP相对分子质量及PVP:PE0(质量比)对PVP静电纺丝的影响.结果表明:当溶液质量分数增大到15%、PVP相对分子质量为1.3×106或PEO含量增大时,均可制得形貌清晰、表面光滑的微纳米纤维.当PVP/PEO溶液质量分数为12%、PVP相对分子质量为1.3 × 106及PVP:PE0(质量比)为8:2时,静电纺丝所得纤维形貌最佳.     

ZnO-TiO2纳米纤维的制备及亚甲基蓝的太阳光催化降解

以钛酸四丁酯〔Ti(OC4H9)4〕、硝酸锌和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法制备无机有机复合的PVP/ZnO-TiO2纤维,高温焙烧制得直径100～200 nm的ZnO-TiO2纳米纤维。通过差动-热重(DSC-TGA)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)等进行了表征,并测定了其对亚甲基蓝溶液的太阳光催化性能。结果表明,w(ZnO)=3%时,ZnO-TiO2纳米纤维对亚甲基蓝催化活性最高,太阳光照射6 h后降解率达99.4%,重复使用8次降解率仍然在95%以上。     

同轴静电纺丝法制备多孔镁铝尖晶石纤维

为制备多孔镁铝尖晶石纤维,首先以无水氯化铝、无水氯化镁、无水乙醇为原料,二氯甲烷为溶剂,采用非水解溶胶-凝胶法制备出干凝胶,再引入纺丝助剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和助溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)制成静电纺丝溶液,利用多针头同轴静电纺丝法制备镁铝尖晶石凝胶-PVP前驱体纤维,经900℃煅烧合成出多孔镁铝尖晶石纤维。借助XRD和SEM研究了PVP用量(3、4和5 g)、阳离子浓度(0.216、0.288和0.360 mol·L~(-1))、静电纺丝电压(22、24和26 k V)及内液流速(0.1、0.3和0.5 m L·h~(-1))对多孔镁铝尖晶石纤维相组成和形貌的影响。结果发现:当PVP用量为4 g,阳离子浓度为0.288 mol·L~(-1),纺丝电压为24 k V,内液流速为0.3 m L·h~(-1)时,纤维物相为纯镁铝尖晶石相,纤维连续,并呈现明显的多孔结构。