[发明专利]一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法及应用。属于有机材料领域，该压电纤维由静电纺丝法制备，表现出结晶度以及结晶β相的提高。制备步骤：为Tris作为添加剂超声溶解在丙酮和N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液中，再加入PVDF粉末溶解制备成纺丝液，通过静电纺丝法制备出Tris增强的PVDF压电纤维。本发明采用静电纺丝法制备高结晶度的Tris@PVDF压电纤维，制备方法简单，获得的Tris@PVDF压电纤维具有45.4％的结晶度，以及92％的β相含量，相比之下纯PVDF压电纤维仅有36.6％的结晶度和84％的β相含量。本发明首次将Tris引入PVDF中获得高结晶的PVDF压电纤维，在柔性纳米发电机和柔性压电传感器中具有一定的潜力。

技术领域

本发明属于有机材料领域，涉及了一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度聚合物压电材料：即聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维的制备方法及其应用。

背景技术

随着小型、无线、可穿戴、自供电电子设备的发展，纳米发电机因其出色的机械能转换为电能的能力而备受关注，聚偏二氟乙烯(PVDF)具有优越的电性能(铁电、介电、压电)，加上其重量轻，易于加工，柔性等特点使其被广泛应用于柔性纳米发电机中。其优异的电性能得益于高含量的β相，因此如何获得高含量的β相一直以来都是研究的重点。在以往的研究中，大部分研究人员通过向PVDF中添加碳材料(碳纳米管、石墨烯等)来提高PVDF的电活性β相含量，例如上海交通大学的Kunming Shi等通过石墨烯与钛酸钡的协同作用通过静电纺丝PVDF纳米纤维获得91.1％的β相相对含量；Sumanta Kumar Karan等通过将rGO和AlO协同作用与PVDF共混溶液浇筑获得了95％的β相相对含量。本发明通过向PVDF中添加三羟甲基氨基甲烷(Tris)，利用Tris中的-NH2与PVDF上-CF2之间的相互作用来提高电活性β相的含量以及结晶度，使之在能量收集和柔性压电传感器的应用中有一定的潜力。

发明内容

发明目的：本发明的目的第一目的是提供一种高性能的压电纳米纤维；本发明的第二目的是提供一种简单的通过Tris提高结晶度通过静电纺丝法制备的上述PVDF压电纤维的方法；本发明的第三目的是提供上述Tris增强的PVDF压电纤维在压电能源收集、柔性压电传感器中的应用。

技术方案：本发明所述的一种由三羟甲基氨基甲烷(Tris)增强的高结晶度聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维，由Tris作为添加物所形成能够提高PVDF压电纤维的结晶度。

进一步的，所述PVDF压电纤维的直径为200nm。

进一步的，所述Tris作为添加物的含量占Tris@PVDF的0wt％～1.5wt％。

进一步的，一种由Tris增强的高结晶度PVDF压电纤维的制备方法，其具体操作步骤如下：

(1)、取Tris溶解在含有N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与丙酮的混合溶剂中，从而制得Tris溶剂；

(2)、将预备的PVDF溶解于制得的Tris溶剂中，制得Tris-PVDF溶液；

(3)、将制得的Tris-PVDF溶液进行静电纺丝，制得纺丝的Tris@PVDF压电纤维；

(4)、将制得的Tris@PVDF压电纤维进行干燥、裁剪，封装得到压电器件并进行压电输出的测试。

进一步的，在步骤(1)中，在含有DMF与丙酮的混合溶剂中，

所述DMF与丙酮的质量比为3：2。

进一步的，在步骤(2)中，所述PVDF在Tris溶剂中溶解的条件是：溶解的温度是45℃-65℃，溶解的时间是1.5～3.5H；

所述PVDF的质量占Tris溶剂的质量比为10～15wt％。