靜電紡聚偏氟乙烯納米纖維膜壓電性能研究.pdf

1、聚偏氟乙烯（Polyvinylidene fluoride, PVDF）相比傳統(tǒng)的壓電材料具有柔軟質(zhì)輕、頻響寬、力電轉(zhuǎn)換靈敏度高、耐沖擊等特點(diǎn)，成為制備新型智能傳感器的研究熱點(diǎn)。通常PVDF壓電薄膜采用流延成膜法等傳統(tǒng)工藝制備，但是傳統(tǒng)制備工藝過(guò)程復(fù)雜、成本高，且薄膜的硬度大、透氣性差。相比而言，靜電紡絲的方法具有操作簡(jiǎn)單、方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且所制備的PVDF纖維膜柔軟、質(zhì)輕，特別是具有良好的透氣性，是可穿戴產(chǎn)品的理想選擇。然而，目前

2、對(duì)靜電紡PVDF纖維膜壓電性能表征方法與測(cè)試方面存在不足，這也制約著其進(jìn)一步的發(fā)展與應(yīng)用。本課題針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)的研究與討論，并給出了解決方法。
　　課題采用靜電紡絲技術(shù)制備 PVDF纖維膜，應(yīng)用靜電紡 PVDF纖維膜制作壓電傳感器，并利用自搭建壓電性能測(cè)試裝置對(duì)其進(jìn)行壓電性能表征，旨在研究靜電紡PVDF壓電傳感器的性能，為智能紡織品和可穿戴壓電傳感器設(shè)備的開(kāi)發(fā)提供基礎(chǔ)。主要研究工作如下：
　　（1）靜電紡PVDF纖維膜

3、的制備與表征。首先采用圓筒接收裝置接收靜電紡PVDF纖維，制備靜電紡PVDF纖維膜。通過(guò)掃描電鏡（SEM）對(duì)纖維的形貌和直徑進(jìn)行分析，研究靜電紡絲過(guò)程工藝參數(shù)和溶液性質(zhì)對(duì)PVDF纖維膜形貌、直徑的影響，以確定靜電紡絲工藝參數(shù)。然后采用X射線衍射（XRD）對(duì)靜電紡絲過(guò)程PVDF纖維晶相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的進(jìn)行分析，研究靜電紡PVDF纖維膜的晶型結(jié)構(gòu)。最后利用確定的工藝參數(shù)制備靜電紡PVDF纖維膜。
　　（2）壓電性能測(cè)試裝置的搭建。由于目前并

4、沒(méi)有專(zhuān)門(mén)用于測(cè)試壓電性能的裝置，因此只能從PVDF壓電信號(hào)輸出原理著手設(shè)計(jì)搭建一套壓電性能測(cè)試裝置，主要包括圓柱型音圈電機(jī)、夾持裝置、壓力傳感器、電化學(xué)工作站以及其他配件。其中，圓柱型音圈電機(jī)是施力裝置，壓力傳感器和電化學(xué)工作站分別是壓力信號(hào)和壓電信號(hào)的監(jiān)測(cè)裝置，夾持裝置用于固定壓力傳感器和靜電紡PVDF纖維膜試樣。
　?。?）靜電紡PVDF纖維膜壓電性能測(cè)試。從幅頻特性、靈敏度、重復(fù)性三個(gè)方面對(duì)靜電紡PVDF纖維膜進(jìn)行壓電性能測(cè)

5、試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，（1）靜電紡 PVDF纖維膜的合適紡絲參數(shù)為：PVDF濃度為10％，溶劑N, N-二甲基甲酰胺（DMF）/丙酮體積配比為60:40，紡絲電壓為16 kv，紡絲速度為1.0 ml/h，紡絲距離為15 cm。相比PVDF粉末和PVDF流延成膜（商業(yè)PVDF薄膜），靜電紡PVDF纖維膜具有更高的β相含量。靜電紡絲過(guò)程整合了PVDF壓電薄膜的機(jī)械拉伸和高壓極化工序，是制備β相PVDF纖維膜的理想