静电纺丝法ZrO_2/PVDF-PAN超级电容器隔膜的制备及其电化学性能

采用静电纺丝法,以聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯腈(PAN)为基体,通过改变ZrO_2的含量,制备了ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜。用SEM和比表面积测试仪(BET)分别对复合纤维膜的形貌和比表面积进行了表征。结果表明:纳米ZrO_2的加入量对ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜的形貌有较大影响,随着纳米ZrO_2含量的增加,纤维表面变得凹凸不平,提高了纤维膜的比表面积,进而提高了纤维膜的吸液率,且当ZrO_2含量为PVDF和PAN总质量的0.4%时达到最大值。将复合纤维膜组装成超级电容器,利用电化学工作站对其循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)性能进行测试,研究了ZrO_2的加入对复合纤维膜电化学性能的影响。结果表明:ZrO_2的加入提高了ZrO_2/PVDF-PAN复合纤维膜的电导率,当ZrO_2含量为0.4%时其电化学综合性能最好,其中比容量达126.0F/g,离子电导率为9.31×10~(-3) S/cm。     

电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯层,聚丙烯腈(PAN)为皮层,通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,PAN/PVDF纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯聚丙烯(PP)无纺布的品质因子(0.0127),过滤性显著提高。      

静电纺PAN/PVP亲水纳米纤维膜的制备及其空气过滤性能研究

相较于传统纤维材料，纳米纤维膜因其高比表面积和超细孔隙率更适合用作空气过滤材料，此外传统的聚丙烯(PP)过滤材料亲水性差，水汽易聚集从而降低其过滤性能；针对传统空气过滤材料亲水性差的问题，基于静电纺丝的方法，以聚丙烯腈(PAN)和强亲水性的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为纺丝原料，制备了PAN/PVP纳米纤维膜，探讨了亲水材料PVP对其纳米纤维膜亲水和过滤性能的影响。采用傅里叶红外光谱、扫描电镜表征了纳米纤维膜的结构，由于亲水性材料PVP的引入，纺丝时纤维中静电导通性好，纺丝液能很好地被拉伸，使纤维直径变小，PVP添加质量为30%时纳米纤维膜的平均直径最小为358.12nm;此外，PVP的引入提高了纳米纤维膜的亲水性能，PVP添加质量为40%时其静态接触角为(11.5±2.5)°;但纳米过滤膜亲水性的增加会影响其过滤效率，PVP添加质量为10%时纳米纤维膜的过滤效率最高为83.4%±3.6%,纤维膜克重为1.17g/m²时品质因子最高为0.10Pa^-1,纳米纤维膜具有优异的循环稳定性，300min内过滤稳定性好且过滤压力较低，可应用于对循环过滤性能...     

纳米银抗菌防雾霾口罩的设计与性能测试研究

以棉布、麻布、聚丙烯(PP)熔喷非织造布、活性炭布及针刺静电棉为研究对象,通过透气性能测试和颗粒物过滤性能测试评价不同材料的空气过滤性能,并筛选出具有较好过滤性能的防雾霾口罩滤片;在此基础上,以紫外还原银离子(Ag+)的方法在活性炭布表面负载纳米银(Ag)以实现其抗菌功能。并研究了还原时间、硝酸银(AgNO3)溶液用量对载银效果的影响以及载银的牢度。研究结果表明:在AgNO3溶液用量为5%(wt,质量分数)条件下载银效果最佳,以PP熔喷非织造布、针刺静电棉和活性炭布组合制成的滤片具有较好的过滤作用,对PM2.5平均过滤效率达到93.95%。     

聚丙烯熔喷空气过滤材料表面仿生改性及性能

聚丙烯(PP)熔喷空气过滤材料的抗菌性能较差,细菌、霉菌等微生物会寄生于材料表面。文中利用仿生改性法,以单宁酸(TA)为抗菌改性剂、CuSO₄/H₂O₂为促进剂制备了具有优异抗菌性能的PP/TA熔喷空气过滤材料。分析讨论了TA改性溶液浓度和CuSO₄/H₂O₂促进剂的加入对PP/TA熔喷空气过滤材料结构与性能的影响。结果表明,CuSO₄/H₂O₂促进剂的加入将TA改性时间从24 h缩短至40 min,并增强了PP/TA熔喷空气过滤材料的改性牢度。当TA浓度为6 g/L时,PP/TA熔喷空气过滤材料相较于PP熔喷空气过滤材料其过滤效率和压降分别提升了2.7%和4 Pa,水接触角降低了17.5°;且TA改性对PP熔喷空气过滤材料的驻极性能并无影响,驻极后PP/TA熔喷过滤材料的过滤效率为95.56%,压降为38 Pa,且具备良好的抗菌性能。同时,CuSO₄/H_2<...     

一种用于个体防护的高效净化材料的制备与性能

目前,经驻极生产的熔喷布对空气中病毒等微小颗粒的过滤主要依靠其静电吸附机理,但由于熔喷布表面电荷难以持久保持,不能长期保持高效过滤,因而不能保证医护人员不被新型冠状病毒(COVID-19)感染,所以需要提升熔喷布在失电荷时的机械过滤效率。文中利用静电纺丝技术在熔喷布上电纺尼龙6(PA6)纳米纤维,通过热压法制成一种以熔喷布为表层,PA6纳米纤维为中间层的夹心材料;对该夹心材料的表面形貌、热学性能、力学性能进行表征并测试其过滤性能。实验结果表明,夹心材料表面完整度高,纳米纤维直径可达67 nm左右;在没有驻极工艺处理的情况下,该夹心材料对粒径为0.2μm的颗粒过滤效率达到95%以上,而对照试验的无纺布相应的过滤效率为0;该夹心材料过滤阻力在284 Pa左右,适合作为个体防护使用。     

PP/CHA熔喷非织造布制备工艺及其性能研究

介绍了PP/CHA熔喷非织造布的加工研制过程.通过对所制PP/CHA熔喷非织造布进行纤维细度、力学性能、透气性能、过滤效率和亲水性能测试,分析热空气温度和压力、接收距离等熔喷工艺参数对产品性能的影响.结果表明:纤维直径随热空气温度增加,先减小后增大;随热空气压力增大而减小.强度随热空气压力增大而增大,随接收距离增大而减小.透气率随热空气温度升高而增大,过滤效率随热空气压力增大而增大,吸液率随接收距离增大而增大.     

静电纺聚丙烯腈复合滤料的制备与性能

将聚丙烯腈粉末加入到N,N-二甲基甲酰胺中,制备12%(wt,质量分数)的纺丝液。以聚丙烯熔喷非织造布为基布,通过改变纺丝时间,制得不同厚度的复合滤料。通过扫描电子显微镜观察熔喷布和纳米纤维的外观形貌,并对复合滤料的孔径、孔径分布、过滤效率、透气性进行表征。结果表明:采用静电纺丝的方法纺制了平均直径为220nm的聚丙烯腈纳米纤维。随着纺丝时间的增加,复合滤料的孔径不断减小,过滤效率逐渐提高,透气性下降。当纺丝时间为60min时,复合滤料的孔径尺寸集中分布在2~5μm,对粒径"≥1.0μm2.0μm"颗粒的过滤效率为99.85%,压力降为200Pa,符合医用防护口罩技术要求,过滤性能达到2级。     

溶剂溶胀对聚丙烯熔喷非织造布过滤性能的影响

通过跟踪测试表面电位和过滤效率,研究了聚丙烯熔喷非织造布驻极体空气过滤材料经不同溶剂浸泡后过滤性能的变化及其与驻极体电场的相关性.结果表明:聚丙烯熔喷非织造布的高过滤效率主要源于驻极体电场产生的静电效应,而过滤阻力的大小则由其本身的结构所决定;驻极体电场的稳定性依赖于溶剂的溶胀作用.根据Flory-Huggins的溶剂溶胀理论探讨了溶剂浸泡对材料电荷存储能力和过滤效率的影响规律.     

纳米SiO_2驻极体/聚乳酸复合熔喷非织造材料的制备及性能

采用纳米SiO_2为驻极体,经过表面改性与聚乳酸(PLA)复合,利用双螺杆挤出机制备了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片,并通过工业级熔喷生产线试制了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料。利用FTIR分析了纳米SiO_2的表面改性效果,利用DSC分析了纳米SiO_2/PLA复合熔喷切片在熔喷快速冷却条件下的结晶性能,利用滤料综合性能测试台和SEM研究了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的过滤性能及微观形貌,最后采用质量损失法评估了纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料的降解性能。研究结果表明:经表面改性处理,纳米SiO_2表面附上了有机活性基团;在100℃/min的冷却条件下纯PLA的结晶分数较低,纳米SiO_2驻极体的加入有助于PLA的结晶;少量纳米SiO_2驻极体的添加可显著提高PLA复合熔喷非织造材料的过滤效率,其中质量分数0.75%的纳米SiO_2添加量可使过滤效率达到99.69%,接近商用高效空气过滤器(HEPA)级聚丙烯(PP)过滤效率;在中性水解环境下,纳米SiO_2/PLA复合熔喷非织造材料具备可降解性能,经8个月质量降解至79.57%。     

空气过滤用微纳米聚丙烯腈/皮芯型聚乙烯-聚丙烯双组分纤维多层复合材料的制备与性能

采用静电纺丝技术将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维收集在皮芯型聚乙烯-聚丙烯(PE-PP)双组分微米纤维网上,制备PAN/PE-PP单层复合纤维网,再将多个单层复合纤维网层层堆叠,经热黏合加固,制备PAN/PE-PP多层复合空气过滤材料,研究了PAN/PE-PP复合纤维网的层数和纺丝时间对其孔径及过滤性能的影响。结果表明:多层复合的方式可得到与单层复合材料相似的孔径参数,但两种材料的孔道结构不同。在总面密度和总纺丝时间一定时,当PAN/PE-PP复合纤维网的层数大于10层时,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤效率和品质因子Q_F均明显大于PAN/PE-PP单层复合过滤材料,阻力略微增大;其中,相较PAN/PE-PP单层复合过滤材料,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对≥0.3 μm颗粒的过滤效率提高了33%,阻力增加了5 Pa,Q_F值提高了30%。当总面密度和层数一定时,延长静电纺丝时间≥210 min,20层PAN/PE-PP复合过滤材料对颗粒的过滤效率可提高至90%以上,但阻力也急剧增大,因此静电纺丝时间为210 min的PAN/PE-PP多层复合材料的过滤性能最佳。因此,与相同面密度的PAN/PE-PP单层复合过滤材料相比,PAN/PE-PP多层复合过滤材料的过滤性能明显提高;微纳米纤维多层复合法是制备高效低阻复合空气过滤材料的有效方法。      

静电纺聚乳酸纳米纤维复合滤料的过滤性能研究

将聚乳酸颗粒加入到质量比为8:2的三氯甲烷与N-N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中,室温下配置质量分数为10%的纺丝液,采用静电纺丝法制备了平均直径在620nm左右的聚乳酸纤维。以聚乳酸熔喷非织造布为基布,通过控制纺丝时间的不同得到了负载不同厚度纳米纤维层的可生物降解的复合过滤材料。通过对各试样的孔隙率、孔径及孔径分布、过滤效率的测试发现:随着纺丝时间的增加,复合材料孔隙率不断下降,孔径不断减小,纺丝3h时,孔径基本减小到原先的一半,且分布相对集中,大大地提高了普通过滤材料的过滤效率。     

静电纺丝法制备聚丙烯腈/聚醋酸乙烯酯复合纳米纤维膜

采用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PAN)/聚醋酸乙烯酯(PVAc)复合纳米纤维膜。利用原子力显微镜(AFM)、电子显微镜(SEM)分析了纤维的直径分布、整体形貌及单根纳米纤维的表面形貌;利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析了PAN、PAN/PVAc、PVAc纳米纤维膜的化学组成;同时借助热重(TG)分析了PVAc的加入对复合纤维膜热性能的影响。结果表明,当m(PAN)∶m(PVAc)=5∶5、质量分数为10%时,所得纤维膜最有利于制备聚合物电解质膜;PAN与PVAc之间产生配位键,从而提高了纤维膜的热性能。     

Preparation and properties of nanofiber-coated composite membranes as battery separators via electrospinning

An electrospun nanofiber-coated Celgard^® 2400 polypropylene microporous battery separator was prepared using polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene (PVDF-co-CTFE). The coating of PVDF and PVDF-co-CTFE nanofibers was carried out using single nozzle and nozzle-less electrospinning methods. The nanofiber coating prepared by the nozzle-less electrospinning method was found to have better adhesion to the microporous separator membrane than the nanofiber coating prepared by single nozzle electrospinning. The PVDF and PVDF-co-CTFE nanofiber coatings increased the electrolyte uptake capacity in a secondary lithium-ion battery, with PVDF-co-CTFE co-polymer nanofiber-coated microporous membrane showing higher electrolyte uptake capacity than PVDF homopolymer-coated microporous membrane. In addition, the PVDF and PVDF-co-CTFE nanofiber coatings improved the adhesion of the porous microporous membrane to a battery electrode. It was also found that nanofiber coatings prepared by the nozzle-less electrospinning method have better adhesion properties and higher electrolyte uptake capacity than those by single nozzle electrospinning.     

氮掺杂石墨烯@碳纳米纤维的原位制备及其电催化氧还原性能

结合静电纺丝和热处理技术, 在含钴碳纳米纤维上原位生长了氮掺杂石墨烯, 制备了三维互通纤维网结构。研究了钴含量对产物氧还原活性的影响。结果表明: 氮掺杂石墨烯的生成和钴的引入均显著提高了电催化活性。纺丝液中六水合硝酸钴与聚丙烯腈的质量比为1: 10时, 获得的催化剂活性最优, 起始电势为0.84 V(vs RHE), 反应为近四电子路径, 具有比铂碳更好的稳定性和耐甲醇毒化能力。三维互通结构促进了电子和质子传输, 并能提供更多的活性位点, 提高电催化活性。这种方法也可用于设计其它三维互通的纤维复合物, 在能源与环境领域具有更广泛的应用前景。     

Crosslinking of electrospun polyacrylonitrile/hydroxyethyl cellulose composite nanofibers

The electrospinning of polyacrylonitrile (PAN)/hydroxyethyl cellulose (HEC) was performed with glutaraldehyde as a cross linker to fabricate highly hydrophile nanofibers. The concentration of the spinning solution and the ratio of HEC/PAN were varied and adjusted to get smooth nanofibers. The nanofibers were characterized by SEM, FT-IR and contact angle. SEM images showed that the scope of the diameters was 100–300 nm. The nanofibers became thick with the ratio of the HEC/PAN increasing. FT-IR indicated that there could be interactions between HEC and PAN. Contact angle measurement revealed that the increased ratio of HEC and the crosslinking led improvement in the hydrophilicity of PAN/HEC composite nanofibers.     

类鱼骨结构CoFe2O4纳米纤维的制备与性能

采用静电纺丝与高温煅烧相结合的方法, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、九水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)和六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)为原料, 制备出了类鱼骨结构的CoFe₂O₄纳米纤维, 并研究了煅烧温度对CoFe₂O₄纳米纤维形貌、磁性能以及微波吸收性能的影响。结果表明: 随着煅烧温度的升高, CoFe₂O₄纤维的结晶度和晶粒尺寸逐渐增大, 纳米纤维的表面形貌由光滑发展为粗糙多孔, 煅烧温度超过800 ℃时, 纳米纤维呈现类鱼骨结构; 随着煅烧温度增加纤维直径逐渐减小, 900 ℃煅烧的纤维平均直径为80.3 nm。所制备的纳米纤维经振动样品磁强计(VSM)测试结果表明, 饱和磁化强度(M_s)随着煅烧温度的升高而增加, 在900 ℃煅烧条件下纤维的M_s达87.13 A·m²/kg。矢量网络分析仪测试结果表明, 不同煅烧温度下纤维的微波吸收性能差异明显, 800 ℃下煅烧的纤维具有最佳的吸波性能。CoFe₂O₄纳米纤维通过磁滞损耗和涡流损耗机制吸收电磁波, 煅烧产生的孔洞和类鱼骨形貌有利于电磁波在孔道表面多次反射从而增加反射损耗。