PVC基电纺膜的制备与电性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

压电效应包含正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指材料在力的作用下,材料内部产生极化现象而使材料表面出现异种电荷,当外力撤销后,电荷消失;逆压电效应是指在极化方向上施加一个电场,材料会发生变形,当外电场撤销后,材料又恢复原状[1]。压电纳米发电机是依靠压电材料的正压电效应实现的,在绝缘的压电材料顶部和底部覆盖两个电极,利用压电极化电荷和所产生的随时间变化的电场来驱动电子在外电路中的流动[2,3]

geon-tae hwang 等人将带有高压电系数的压电单晶片从块体基底成功转移到柔性衬底上,利用刺激电极与老鼠的心脏相连接,采集老鼠心脏跳动的机械能,产生的电流脉冲能够起到心脏起搏作用。产生的输出电流峰值高达 100μa,可以点亮 50 盏并联连接的商业发光二极管[3]。yiin kuen fuh 等人提出了一种连续的、空间可控的三维 pvdf 纺丝纤维叠加的压电薄膜制备方式,制成三维 pvdf 纳米纤维薄膜,手指在按压的过程中,能够产生1.2v 和 60na 的电能[4]。ju-hyuck lee 等人提出了一种高度敏感的pvdf 可拉伸透明压电纳米发电机,具有全柔性、卷曲性、可伸缩性、可折叠性和可弯曲性等特点,拉伸量为0.081%条件下,测量输出性能比在塑料基底上大30倍[5]。张敏等人提出了一种基于 batio3纳米线/聚氯乙烯(pvc)聚合物复合压电纤维,既能够保持 batio3纳米线的高压电特性,同时具有 pvc 聚合物的柔韧性,能够与棉线、金属铜线实现编织结构。将编织成型的柔性压电纳米发电机绑在人体胳膊关节处,当胳膊运动时,可以产生 1.9v 的输出电压和 24na 的输出电流,输出的电能可以点亮一盏 led 灯[6]。上述方法制备的压电纳米发电机由于使用的都是柔性材料,所以具有可靠性、兼容性、稳定性等问题。

为了解决压电柔性聚合物材料作为压电纳米发动机基体材料所存在的输出功率低,性能稳定性差等问题。我们制备出低成本,柔性好,拉伸量高,拥有优异光活性和压电性能的pvc@cspbbr3纳米晶复合纤维毡,相对于目前主流的压电聚合物聚偏二氟乙烯(pvdf),pvc作为世界上第二大通用合成塑料,具有价格低廉,更易于大规模制备研发进入民用市场的潜力[7,8,9]。pvc中的cl侧基使其具有较大的极性,但传统加工方式下偶极子通常无序排列,很难将其电活性体现出来[10],通过静电纺丝这一加工技术引入高压电场,使得pvc分子链中的偶极子在电场力作用下择优取向规整排列,无需另外的电晕极化或者拉伸工艺,而一步获得具有高自发极化强度的pvc基电纺纤维毡,电纺工艺制备的pvc纳米纤维毡,可以将环境中的机械振动,噪音声波和人体的日常呼吸,脉搏,心跳和四肢运动所产生的一系列微弱的机械能通过压电效应转换为电能利用起来[11]。但是pvc压电常数较小,电活性低于pvdf方面的不足可以通过引入cspbbr3钙钛矿纳米晶这一类非中心对称的无机压电填料来提高pvc基压电纳米发电机的输出性能。同时,这一类cspbbr3钙钛矿纳米晶自从1997年发现以来,其优异的光电性能也引起了科学界的兴趣,无机卤素钙钛矿材料因其拥有适当的带隙,高吸光系数,高载流子迁移率和长电子-空穴对扩散长度而表现出优异的光电性能。适当的带隙可以使得卤素钙钛矿更容易被激发,高吸光系数的性能使得其充分吸收激发光的能量,高载体迁移率和长电子-空穴对扩散长度是提高光电流的必要条件,这一卓越的性能可以应用在光电探测器上,根据不同波长可见光照射器件所产生的光电流值的差异来进行光波的探测区分[12,13]

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究基本内容:

材料制备:

(1)制备填料:利用PbBr2和CsBr按1:1摩尔比溶于极性溶剂DMF中,用室温过饱和结晶法制备CsPbBr3钙钛矿纳米晶,对其结构进行表征。

(2)制备各种填料配比(w(CsPbBr3):w(PVC)=1wt%,3wt%,5wt%,7wt%,10wt%,12wt%)PVC质量浓度控制在10wt%的静电纺丝溶液(溶剂为DMF/THF=7/3,此时纺丝最稳定[10,15]),并进行静电纺丝。对PVC@CsPbBr3纳米晶复合薄膜进行微观形貌结构、电学性能等进行表征。

材料表征:

用SEM、TEM对静电纺丝膜的微观结构进行表征;用XRD对CsPbBr3钙钛矿纳米晶的晶体结构进行表征。

2.2研究目标:

1、掌握无机含卤钙钛矿纳米晶CsPbBr3的制备方法。

2、掌握PVC@钙钛矿纳米晶CsPbBr3复合纳米纤维毡的制备工艺及结构与性能表征方法。

3.采用结构分析与性能表征技术,依据实验结果与压电物理学理论基础来分析PVC@钙钛矿纳米晶CsPbBr3复合纳米纤维毡的结构与压电性能的本征关系。

2.3技术方案:

1.配置纺丝溶液:

在室温环境下,用移液管按质量比7:3分别量取DMF和THF;用电子天平按需称取PVC、PbBr2和CsBr。称取的液体的体积和固体的质量见表1。

将PVC、PbBr2和CsBr倒入烧杯内,并放入磁子,然后加入称量好的液体试剂。将此烧杯放置在磁力搅拌机上,温度设置在25℃,然后开启搅拌。固体完全溶解后,关闭搅拌和加热。

2.静电纺丝:

将温度设置为25.0℃,相对湿度设置在20.0%。用硅油纸包裹接收器。用注射器吸取纺丝溶液,将22号针头安装在注射器出口处。将注射器放置在推进装置上,固定。然后调整挡板之间的距离(1厘米左右)。设置纺丝参数(见表2)。依次打开负压、正压开关开始纺丝。纺丝结束后,关闭正压、负压启动开关,取下硅油纸,编号并存放。

测试:取少量多份样品分别进行SEM、TEM、XRD等测试。

表1 纺丝溶液的配制

质量分数

CsPbBr3质量(g)

CsPbBr3摩尔数(mol)

CsBr质量(g)

PbBr2质量(g)

1wt%

0.0150

2.575E-5

0.0055

0.0095

3wt%

0.0450

7.725E-5

0.0165

0.0285

5wt%

0.0750

1.286E-4

0.0275

0.0475

7wt%

0.1050

1.803E-4

0.0385

0.0665

10wt%

0.1500

2.575E-4

0.0550

0.0950

12wt%

0.1800

3.090E-4

0.0660

0.1140

注:THF的体积为2.90ml,DMF的体积为6.30ml。

表2 静电纺丝参数

温度(℃)

25.0

相对湿度(%)

20.0

推注速度(mm/min)

0.100

平移速度(mm/min)

350.00

负高压(kV)

-2.00

正高压(kV)

10.00

接收速率(r/min)

75

接收距离(mm)

150.0

3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-8周:按照设计方案,制备pvc@cspbbr3钙钛矿纳米晶复合纤维毡。

第9-12周:采用xrd、sem、等测试技术对复合材料的物相、显微结构、进行测试;用压电系数测试仪对复合材料的压电性进行测试。

剩余内容已隐藏,您需要先支付后才能查看该篇文章全部内容!

4. 参考文献(12篇以上)

[1] mason w p. piezoelectricity, its history and applications [j]. journal of the acoustical society of america, 1981, 68(6):1561-1566.

[2] 朱杰. 柔性压电纳米发电机的设计构建与应用研究[d]. 中北大学,2018

[3] song c, tao x, shang s. development of nanogenerators in wearable electronics[j]. handbook of smart textiles, 2015: 411-431.

剩余内容已隐藏,您需要先支付 5元 才能查看该篇文章全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。