電紡技術(shù)可以追溯到1902年,納米科技的發(fā)展水平越來越高,在世界上引起的關(guān)注也越來越廣泛。電紡技術(shù)以及利用電紡技術(shù)制備的納米纖維有著廣泛的應(yīng)用價值和潛在的應(yīng)用價值。而日益先進(jìn)的個人電子設(shè)備對能源的需求愈發(fā)增強(qiáng)。輕便化的電子設(shè)備也要求供能設(shè)備朝著輕便可穿戴方向發(fā)展。本論文研究內(nèi)容主要包括兩個方面,一是可控螺旋纖維的制備,以及相關(guān)技術(shù)的改進(jìn);二是探究電紡復(fù)合納米纖維膜的壓電性能。首先,我們利用近場電紡裝置,獲得了排列效果好、形貌可控的螺旋纖維陣列。通過調(diào)整紡絲電壓的強(qiáng)度,得到了具有不同形態(tài)特征的螺旋纖維。彌補(bǔ)了線性纖維帶來的缺點。相較于前人報道的近場電紡螺旋纖維有著更為清晰的螺旋結(jié)構(gòu)以及更加整齊的陣列化排列。纖維的形態(tài)特征隨紡絲電壓的升高呈現(xiàn)規(guī)律性。證實了帶電射流產(chǎn)生的電驅(qū)動非軸對稱彎曲不穩(wěn)定性導(dǎo)致的物理力是產(chǎn)生螺旋纖維的主要原因。有助于推動有機(jī)/無機(jī)納米纖維在柔性納米器件和納米邏輯電路等方面的發(fā)展。為陣列螺旋纖維與功能性設(shè)備集成開辟了一條有效途徑。同時,基于近場電紡技術(shù),探究了外加輔助導(dǎo)電裝置對于纖維形成效果的影響。開發(fā)設(shè)計了一種原位定點紡絲輔助裝置。有效抑制了帶電射流鞭動不穩(wěn)定運(yùn)動的過... 

【文章來源】：青島大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：55 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌[22]

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1.1ZnO納米結(jié)構(gòu)形貌[22]。為了實現(xiàn)器件化發(fā)展，主要是制備出品質(zhì)優(yōu)異的ZnOp-n結(jié)（n型、p型）。純的ZnO呈現(xiàn)的為n型導(dǎo)電性[23,31-32]。目前，已被報道的p型氧化鋅制備方法有噴霧熱解技術(shù)[35]、磁控濺射技術(shù)[33]以及金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)[34]等，后來發(fā)現(xiàn)一種更加簡便的方法即通過摻雜鑭系元素基于靜電紡絲技術(shù)也可以得到p型ZnO。目前，n型ZnO的制備技術(shù)已逐漸完善。但是如何在實驗室制備高質(zhì)量且性質(zhì)穩(wěn)定的p型ZnO仍是處于瓶頸期[24]。ZnO纖維因其特殊的晶體結(jié)構(gòu)與禁帶寬度，同樣具有優(yōu)異的物理性質(zhì)。包括高擊穿電嘗高的電子飽和速率等。表現(xiàn)為能發(fā)出藍(lán)紫光[21]�？梢詰�(yīng)用于制造藍(lán)光LED和光探測器等。同時還具有優(yōu)異的壓電特性，可以制備納米發(fā)電機(jī)。如圖1.2所示，為ZnO的應(yīng)用場景。圖1.2ZnO的應(yīng)用場景[31]�；陟o電紡絲技術(shù)，可以簡單方便地制備連續(xù)纖維以及纖維膜。應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)制備纖維/纖維膜形態(tài)的ZnO具有更大的比表面積，經(jīng)常被應(yīng)用于傳感的制備。電紡制備ZnO納米纖維的常見應(yīng)用如表1.2所示。而且，基于靜電紡絲技術(shù)制備的Ce-ZnO纖維表現(xiàn)為p型[36-38]。這種方式相比

青島大學(xué)碩士學(xué)位論文61.2.1靜電紡絲裝置利用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維：1.配制紡絲前驅(qū)體溶液；2.高電壓的施加促使高分子溶液的機(jī)械拉伸。基于靜電紡絲法可以大規(guī)模、低成本制備納米纖維而被引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注并取得了較好的發(fā)展。圖1.3（a）靜電紡絲裝置示意圖[55];（b）雙針頭電紡纖維示意圖[56]。靜電紡絲裝置的示意圖如圖1.3（a）所示，主體部分為：高壓電源、金屬紡絲噴頭（針尖）以及導(dǎo)電接收板（接收微納米纖維）組成[55]。除此之外，也有同時含有兩個紡絲噴頭的雙針頭電紡裝置見于報道[56-58]。如圖1.3（b）所示。Reneker和Yarin[59]等人深入探究了靜電紡絲的機(jī)理。包括了表面張力、靜電嘗流變力學(xué)、應(yīng)力形變之間的相互相作用關(guān)系。首先給聚合物高分子溶液加以高壓電場，高分子溶液會產(chǎn)生帶電射流。射流的表面會產(chǎn)生電荷，隨著電荷的積累，同種電荷間存在庫倫排斥力逐漸增大，帶電射流在拉伸過程中傾向于劈裂。當(dāng)表面張力大于劈裂傾向的力時，紡絲溶液將會出現(xiàn)泰勒錐。如若外加電場的場強(qiáng)持續(xù)增大，泰勒錐中的電荷量也將持續(xù)積累，一直到液體的表面張力小于溶液表面的庫倫斥力時，泰勒錐頂會出現(xiàn)帶電射流[60-62]。當(dāng)帶電射流發(fā)生運(yùn)動后，會先經(jīng)過一個穩(wěn)定直線拉伸的過程，而后射流將會進(jìn)入多級不穩(wěn)定階段。射流被拉伸細(xì)化，溶劑蒸發(fā)后會形成無紡布纖維，沉積在收集板上。1.2.2電紡纖維形貌及應(yīng)用靜電紡絲技術(shù)可以說是制備一維納米材料的最經(jīng)濟(jì)簡便的方法。然而，目前來看電紡技術(shù)制備納米纖維仍存在兩個缺陷：首先是纖維的無序沉積導(dǎo)致其多呈現(xiàn)為無紡布形式；其次是電紡過程所需的高電壓。為拓展靜電紡絲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域[63-67]，


本文編號：3600597