一种复合压电纤维及其制备方法
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410497727.9 | 申请日 | 2024-04-24 |
| 公开(公告)号 | CN118272960A | 公开(公告)日 | 2024-07-02 |
| 申请人 | 苏州大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 刘宇清; 王梦麒; 方剑; 张克勤; | 第一发明人 | 刘宇清 |
| 权利人 | 苏州大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 苏州大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省苏州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省苏州市相城区济学路8号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：215000 |
| 主IPC国际分类 | D01F8/08 | 所有IPC国际分类 | D01F8/08 ; D01F8/10 ; D01F1/10 ; D01F1/09 ; D01D5/06 ; D01D5/34 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 苏州市中南伟业知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 杨慧林; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种复合压电 纤维 及其制备方法，复合压电纤维包括皮层和包裹在皮层内的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层包含磁化 碳 纳米管 /金属有机骨架 复合材料 ，所述第二芯层包含聚苯胺，所述第一芯层和第二芯层呈螺旋并列结构。本发明将磁化 碳纳米管 与金属有机骨架复合后添加到第一芯层纺丝液，将聚苯胺添加到第二芯层纺丝液，将第一芯层纺丝液、第二芯层纺丝液和皮层纺丝液通过三通道微控流 湿法纺丝 ，通过皮层包裹第一芯层和第二芯层，对芯层纤维进行保护，获得的复合压电纤维兼具优异的压电、 导电性 能，同时具有优异的 力 学性能，大大提高了其耐用性，拓宽了其应用于电学元件的适用范围。 | ||
| 权利要求 | 1.一种复合压电纤维，其特征在于，包括皮层和包裹在皮层内的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层包含第一基体材料和掺杂在所述第一基体材料内的磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料，所述第二芯层包含第二基体材料和掺杂在所述第二集体材料内的聚苯胺。 |
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| 说明书全文 | 一种复合压电纤维及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及压电纤维技术领域，具体涉及一种复合压电纤维及其制备方法 背景技术[0002] PVDF(聚偏氟乙烯)和PAN(聚丙烯腈)材料由于其良好的力学性能和电化学性能，被广泛的用于压电、摩擦电等电化学研究和应用领域，随着技术进步和材料性能的改善，基于这两种材料的柔性传感器、纳米发电机等设备的种类和数量也逐渐增多，然而，纳米发电机和传感器的广泛应用使其对环境适应性的要求逐渐提高，目前的技术已经提出了更多苛刻环境下的工作需求，高温、高压或者较高外力条件下仍能保持灵敏性能的材料逐渐成为主流的需求。PVDF和PAN材料由于自身的性能相对比较有限，这使其应用时亟需和其它性能更好的材料相结合 [0003] MOF(金属有机骨架)材料是一种由无机金属中心与桥连的有机配体自组装形成的一种具有周期性的晶态多孔材料，由于其丰富的性能，被广泛的用于电化学产能、储能领域，但其应用比较单一，无法用于极端环境，在高温或高外力作用下，MOF材料的空间结构易被破坏，导致MOF失去原有的性能。 [0004] 碳纳米管由于其特殊的结构，具有极强的抗拉强度和弹性模量，同时兼备良好的韧性和硬度，因而被广泛的用于汽车、火车、航天材料；另一方面，由于其特殊的键合形式，导致碳原子的P轨道上具有大范围离域的Π键，因而其表现出可以媲美金属导电性，在电学、超导等领域应用广泛，然而，尽管碳纳米管性能优异，但难以分散的特性让它和其它材料的结合困难。 [0005] 为应对以上的技术发展现状，研发一种兼备高压电输出、高环境适应性和储能功能，且生产高效的纳米发电机是一种有效的手段。压电纤维材料作为纳米发电机的重要组成材料，经过长时间的发展和改进，国内外研究已经逐步成熟，压电纤维的压电性能也呈现逐步提高的趋势，其种类也日益丰富，如纤维膜、单根纤维、包覆纱等。但在制备方法上，由于生产难度和成本的缘故，大多数纺丝方法仍停留在单一的静电纺丝、湿法纺丝等，少部分研究提到用制备皮芯纤维的同轴方法纺丝，然而对于更进一步的多组分多通道纺丝方法的研究却很少。这使现有的压电纤维难以兼备其他的性能，如耐高温、耐强形变等。专利CN111321520A公开了一种同轴静电纺丝聚偏氟乙烯/聚丙烯腈增强纤维薄膜压电性能的方法，通过同轴静电纺的方法制备了PVDF/PAN静电纺膜，在提高压电相β晶型的含量的同时，又保证了良好的力学性能，然而，对于更高要求的设备来说，压电的产能仍然需要提高，同时，静电纺的生产效率有限，对设备的要求也相对较高，难以实现高效的生产。专利CN117119871A公开了一种基于MOF材料的可降解复合压电纤维素膜及其制备方法与应用，采用抽滤成膜的方式，将MOF和纤维素材料复合，这种制备方法虽然满足了环保的要求，但抽滤成膜的产品力学性能较差，难以适应较为苛刻的环境下的要求。专利CN114874622A公开了一种用于储能电容的PEI/MOF薄膜和制备方法，具备介电常数高，击穿强度高、机械性能好的特点，然而其仅具有单一的储能性能，无法更加兼容的使用。专利CN110164717A公开了一种π‑d共轭Ni‑HITP MOF导电薄膜的制备方法及储能应用，提供了利用低成本低能耗的气液界面法来制备透明的导电薄膜电极，产品的透光性良好且储能性能优异，然而这种方法制备的膜材料虽然工艺简单，对生产条件的要求不高，但由于气液界面的不确定因素较多，制备的膜均匀性不高，储能稳定性也会随之下降。 发明内容[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种复合压电纤维及其制备方法，将磁化碳纳米管与金属有机骨架复合后添加到第一芯层纺丝液，将聚苯胺添加到第二芯层纺丝液，将第一芯层纺丝液、第二芯层纺丝液和皮层纺丝液通过三通道微控流湿法纺丝，纺丝速率块，获得的复合压电纤维兼具优异的压电、导电性能，同时具有优异的力学性能，大大提高了其耐用性，拓宽了其应用于电学元件的适用范围。 [0007] 为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种复合压电纤维，包括皮层和包裹在皮层内的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层包含第一基体材料和掺杂在所述第一基体材料内的磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料(复合MOF)，所述第二芯层包含第二基体材料和掺杂在所述第二集体材料内的聚苯胺(PANI)。 [0008] 通过皮层包裹第一芯层和第二芯层，对芯层纤维进行保护；同时复合了金属有机骨架(MOF)和磁化碳纳米管两种电学性能优秀的材料，相对于单独使用两种材料来说，复合MOF的压电性能、导电性能有了一定的提升，且二者相互缠绕联结的整体结构在原有的基础上显著的提升了材料的力学性能，大大提升了其耐用性，拓宽了其用于电学元件的适用范围；PANI作为导电高聚物，在为整根纤维的电荷传导作用提供了积极的作用，克服了由于纤维层数过多导致的电荷转移能力下降的弊端。 [0009] 进一步的，所述第一芯层和第二芯层呈螺旋并列结构，单位纤维长度上具有更多的芯层含量，由于相异的组分之间的作用力和螺旋结构产生的较强的界面效应，增强了纤维之间的相互作用，使三组分纤维的力学性能和电学性能大大提高，增加了其应用的普适性。 [0010] 进一步的，所述第一芯层和第二芯层的总质量占压电纤维质量的40％以上。 [0011] 本发明第二方面提供第一方面所述的复合压电纤维的制备方法，包括如下步骤： [0012] S1.将磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料与第一基体材料混合溶解，得到第一芯层纺丝液； [0013] S2.将聚苯胺与第二基体材料混合溶解，得到第二芯层纺丝液； [0014] S3.将第三基体材料溶解，得到皮层纺丝液； [0015] S4.将第一芯层纺丝液、第二芯层纺丝液和皮层纺丝液通过三通道喷丝头微流控湿法纺丝，得到复合压电纤维。 [0016] 相对于静电纺等纺丝方法，本发明湿法纺丝具备更高效的特点，由于CNT自发的团聚行为，花费时间较长的生产过程可能导致纤维内部功能性粉末分布不均匀，湿法纺丝速度快，纤维结构规整，能够更好的适应材料生产的要求。 [0017] 进一步的，S1中，所述复合材料的制备方法为：将磁化碳纳米管、金属有机骨架材料、分散剂、成核剂和封端剂溶解混合，调节pH至9‑10，水热反应后干燥，得到磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料。 [0019] 进一步的，所述Fe‑CNTs的制备方法为：将质量比为1：100的CNT和浓度为65％的硝酸超声混合0.5‑4h，在90‑120℃的条件下回流6h，冷却至室温，过滤悬浊液，洗涤得到经过预处理的CNT(表面带有负电荷)，干燥后研磨备用；将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O以质量比2：1配置混合物粉末，将质量比为1：50的混合物粉末和0.1mol/L的盐酸溶液混合，待固体完全溶解后加入蒸馏水将溶液稀释至原本浓度的1/3‑1/2，再加入预处理好的CNT，搅拌混合，加入HNO3调节pH值在7以下，然后放入超声浴处理器中处理2h，再在80℃的N2气氛下干燥，研磨成粉末状，得到磁化后的CNT，称为Fe‑CNTs。 [0020] 进一步的，金属有机骨架具体为IRMOF(包含环糊精的MOF)，具体为IRMOF‑1、IRMOF‑3、IRMOF‑4、IRMOF‑5、IRMOF‑8、IRMOF‑9、IRMOF‑10、IRMOF‑11、IRMOF‑12、IRMOF‑13、IRMOF‑14、IRMOF‑16、IRMOF‑18、IRMOF‑61、IRMOF‑62中的一种或几种，优选为IRMOF‑5。 [0021] 进一步的，所述IRMOF‑5的制备方法为：向物质的量之比为6.25：2.8的乙醇和DMF(二甲基甲酰胺)的混合溶液中加入质量比为10：1‑8：1的七水合硝酸锌(Zn(NO3)2)颗粒和对苯二甲酸(BDC)粉末，溶解均匀后加入质量比为1.72：1.32的TEA(三乙醇胺)和PVP(聚乙烯吡咯烷酮)，在160℃反应8h，反应后离心、过滤，并在真空环境下干燥得到MOF‑5。 [0022] 进一步的，所述MOF‑5与Fe‑CNTs通过溶剂热法复合，离心干燥后得到复合MOF。 [0023] 进一步的，所述复合MOF的制备方法为：向体积比为31.2：43.8的乙醇和DMF混合溶液中加入质量比为2：1‑1：1的MOF‑5和Fe‑CNTs，超声混合分散2h后，加入分散剂、成核剂和封端剂，分散后用浓度为1％的NaOH溶液调整pH值至9‑10，置于水热反应釜中，160℃的条件下反应6h，反应后离心、过滤，在真空环境(‑0.1kpa‑0kpa)下干燥，得到复合MOF。 [0027] 进一步的，三种所述纺丝液的溶剂均为DMF溶液，所述纺丝液中基体的浓度为12wt％‑20wt％。 [0028] 进一步的，通过三个溶液注射泵分别控制三个通道的流量，所述第一芯层纺丝液和第二芯层纺丝液的流速为0.3mL/h，皮层纺丝液的浓度为0.3‑0.4mL/h。 [0029] 进一步的，所述磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料的质量为第一基体材料的0.5wt％‑2wt％。 [0030] 进一步的，所述磁化碳纳米管和金属有机骨架材料的质量比为1：(1‑2)。 [0031] 进一步的，所述聚苯胺的质量为第二基体材料质量的0.5wt％‑5wt％。 [0032] 进一步的，所述第一芯层、第二芯层和皮层的基体选自聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的任意一种，所述第一芯层、第二芯层的基体互不相同，选用PAN、PVDF的混合材料，相对于单一材料来说，芯层的PAN结晶程度更高，二者之间的界面存在较强的相互作用力，结合严密，力学性能更好，耐用性更佳。 [0033] 进一步的，所述三通道包括皮层通道和设置于所述皮层通道内的两个螺旋并列的芯层通道，螺旋结构的圆心角在0°‑180°之间，通过调整螺旋层的弯曲角度，可以灵活的控制单位长度压电纤维芯层和皮层的比例，以满足不同应用领域的需求。 [0034] 进一步的，纺丝成型后在去离子水凝固浴中浸泡24h，经过拉伸段完全凝固成纤维状，后经卷绕辊收集，卷绕辊的转速为0.4r/s，加热干燥去除有机物残留。 [0035] 进一步的，所述凝固浴中的拉伸距离为25cm。 [0036] 本发明的有益效果： [0037] 本发明将磁化碳纳米管与金属有机骨架复合后添加到第一芯层纺丝液，将聚苯胺添加到第二芯层纺丝液，将第一芯层纺丝液、第二芯层纺丝液和皮层纺丝液通过三通道微控流湿法纺丝，通过皮层包裹第一芯层和第二芯层，对芯层纤维进行保护，获得的复合压电纤维兼具优异的压电、导电性能，同时具有优异的力学性能，大大提高了其耐用性，拓宽了其应用于电学元件的适用范围。 [0038] 本发明设置螺旋并列结构的芯层，单位纤维长度上具有更多的芯层含量，由于相异的组分之间的作用力和螺旋结构产生的较强的界面效应，增强了纤维之间的相互作用，使三组分纤维的力学性能和电学性能大大提高，增加了其应用的普适性； [0039] 本发明采用湿法纺丝具备更高效的特点，由于CNT自发的团聚行为，花费时间较长的生产过程可能导致纤维内部功能性粉末分布不均匀，湿法纺丝速度快，纤维结构规整，能够更好的适应材料生产的要求； [0041] 图1是本发明的三通道喷丝头微流控注射装置结构示意图； [0042] 图2是本发明的复合MOF分子结构示意图； [0043] 图3是本发明实施例1制备的复合MOF SEM图； [0045] 图5是本发明实施例1制备的复合压电纤维压电电流输出图像； [0046] 图中标号说明：11、皮层通道，12、芯层通道，13、注射泵，21、MOF‑5，22、Fe，23、CNT。 具体实施方式[0047] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 [0048] 本发明实施例提供了一种复合压电纤维，包括皮层和包裹在皮层内的第一芯层和第二芯层，所述第一芯层包含第一基体材料和掺杂在所述第一基体材料内的磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料，所述第二芯层包含第二基体材料和掺杂在所述第二集体材料内的聚苯胺。 [0049] 通过皮层包裹第一芯层和第二芯层，对芯层纤维进行保护；同时复合了金属有机骨架(MOF)和磁化碳纳米管两种电学性能优秀的材料，相对于单独使用两种材料来说，复合MOF的压电性能、导电性能有了一定的提升，且二者相互缠绕联结的整体结构在原有的基础上显著的提升了材料的力学性能，大大提升了其耐用性，拓宽了其用于电学元件的适用范围；PANI作为导电高聚物，在为整根纤维的电荷传导作用提供了积极的作用，克服了由于纤维层数过多导致的电荷转移能力下降的弊端。 [0050] 优选的，所述第一芯层和第二芯层呈螺旋并列结构，单位纤维长度上具有更多的芯层含量，由于相异的组分之间的作用力和螺旋结构产生的较强的界面效应，增强了纤维之间的相互作用，使三组分纤维的力学性能和电学性能大大提高，增加了其应用的普适性。所述第一芯层和第二芯层的总质量占压电纤维质量的40％以上。 [0051] 本发明实施例提供一种复合压电纤维的制备方法，包括如下步骤： [0052] S1.将磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料与第一基体材料混合溶解，得到第一芯层纺丝液； [0053] S2.将聚苯胺与第二基体材料混合溶解，得到第二芯层纺丝液； [0054] S3.将第三基体材料溶解，得到皮层纺丝液； [0055] S4.将第一芯层纺丝液、第二芯层纺丝液和皮层纺丝液通过三通道喷丝头微流控湿法纺丝，得到复合压电纤维。 [0056] 相对于静电纺等纺丝方法，本发明湿法纺丝具备更高效的特点，由于CNT自发的团聚行为，花费时间较长的生产过程可能导致纤维内部功能性粉末分布不均匀，湿法纺丝速度快，纤维结构规整，能够更好的适应材料生产的要求。 [0057] 优选的，S1中，所述复合材料的制备方法为：将磁化碳纳米管、金属有机骨架材料、分散剂、成核剂和封端剂溶解混合，调节pH至9‑10，水热反应后干燥，得到磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料；所述磁化碳纳米管的磁化材料可以为铁、钴、镍，优选为铁磁化碳纳米管(Fe‑CNTs)，对碳纳米管磁化处理，减少团聚发生；所述Fe‑CNTs的制备方法为：将质量比为1：100的CNT和浓度为65％的硝酸超声混合0.5‑4h，在90‑120℃的条件下回流6h，冷却至室温，过滤悬浊液，洗涤得到经过预处理的CNT(表面带有负电荷)，干燥后研磨备用；将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O以质量比2：1配置混合物粉末，将质量比为1：50的混合物粉末和0.1mol/L的盐酸溶液混合，待固体完全溶解后加入蒸馏水将溶液稀释至原本浓度的1/3‑1/ 2，再加入预处理好的CNT，搅拌混合，加入HNO3调节pH值在7以下，然后放入超声浴处理器中处理2h，再在80℃的N2气氛下干燥，研磨成粉末状，得到磁化后的CNT，称为Fe‑CNTs。 [0058] 优选的，金属有机骨架具体为IRMOF(包含环糊精的MOF)，具体为IRMOF‑1、IRMOF‑3、IRMOF‑4、IRMOF‑5、IRMOF‑8、IRMOF‑9、IRMOF‑10、IRMOF‑11、IRMOF‑12、IRMOF‑13、IRMOF‑ 14、IRMOF‑16、IRMOF‑18、IRMOF‑61、IRMOF‑62中的一种或几种，优选为IRMOF‑5；，所述IRMOF‑5的制备方法为：向物质的量之比为6.25：2.8的乙醇和DMF(二甲基甲酰胺)的混合溶液中加入质量比为10：1‑8：1的七水合硝酸锌(Zn(NO3)2)颗粒和对苯二甲酸(BDC)粉末，溶解均匀后加入质量比为1.72：1.32的TEA和PVP，在160℃反应8h，反应后离心、过滤，并在真空环境下干燥得到MOF‑5。 [0059] 优选的，所述MOF‑5与Fe‑CNTs通过溶剂热法复合，离心干燥后得到复合MOF；所述复合MOF的制备方法为：向体积比为31.2：43.8的乙醇和DMF混合溶液中加入质量比为2：1‑1：1的MOF‑5和Fe‑CNTs，超声混合分散2h后，加入分散剂、成核剂和封端剂，分散后用浓度为 1％的NaOH溶液调整pH值至9‑10，置于水热反应釜中，160℃的条件下反应6h，反应后离心、过滤，在真空环境(‑0.1kpa‑0kpa)下干燥，得到复合MOF，分子结构见图2，MOF‑521结合在Fe 22磁化的CNT 23上；所述分散剂为十六烷基三甲基溴化锂(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠、聚氧化乙烯(PEO)中的一种或几种；所述成核剂为三乙醇胺(TEA)、碳酸钙、苯甲酸钠中的一种或几种；所述封端剂为含保护性官能团(如缩醛基)的化合物，例如：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、苯甲酸、环己醇、异戊醇、苯酚、三甲基氯硅烷。 [0060] 优选的，三种所述纺丝液的溶剂均为DMF溶液，所述纺丝液中基体的浓度为12wt％‑20wt％。 [0061] 优选的，如图1所示，所述三通道包括皮层通道11和设置于所述皮层通道内的两个螺旋并列的芯层通道12，螺旋结构的圆心角在0°‑180°之间，图1中圆心角为180°，通过调整螺旋层的弯曲角度，可以灵活的控制单位长度压电纤维芯层和皮层的比例，以满足不同应用领域的需求。通过三个溶液注射泵13分别控制三个通道的流量，所述第一芯层纺丝液和第二芯层纺丝液的流速为0.3mL/h，皮层纺丝液的浓度为0.3‑0.4mL/h。 [0062] 优选的，所述磁化碳纳米管/金属有机骨架复合材料的质量为第一基体材料的0.5wt％‑2wt％；所述磁化碳纳米管和金属有机骨架材料的质量比为1：(1‑2)；所述聚苯胺的质量为第二基体材料质量的1wt％‑5wt％。 [0063] 优选的，所述第一芯层、第二芯层和皮层的基体选自聚丙烯腈和聚偏氟乙烯中的任意一种，所述第一芯层、第二芯层的基体互不相同，选用PAN、PVDF的混合材料，相对于单一材料来说，芯层的PAN结晶程度更高，二者之间的界面存在较强的相互作用力，结合严密，力学性能更好，耐用性更佳。 [0064] 优选的，纺丝成型后在去离子水凝固浴中浸泡24h，经过拉伸段完全凝固成纤维状，后经卷绕辊收集，卷绕辊的转速为0.4r/s，加热干燥去除有机物残留；所述凝固浴中的拉伸距离为25cm。 [0065] 实施例1 [0066] 将0.2gCNT和浓度为65％的硝酸超声混合4h，在120℃的条件下进行回流6h，等混合物完全冷却至室温，过滤悬浊液，洗涤得到经过预处理的表面带有负电荷的CNT，干燥后研磨；将FeCl3·6H2O和FeSO4·7H2O以0.6g：0.3g的质量比配置的混合物粉末溶于0.1mol/L的盐酸溶液中，待固体完全溶解后加入蒸馏水将溶液稀释至原本浓度的1/3‑1/2，再加入预处理好的CNT搅拌至混合均匀；向混合液中加入HNO3调节pH值至3，然后将混合溶液放入超声浴处理器中处理2h，再在80℃的N2气氛下干燥，将干燥后的颗粒粉碎成粉末状，得到Fe‑CNTs。 [0067] 混合3.125mol乙醇和1.4molDMF溶液，向其中加入18.6g Zn(NO3)和2.3g BDC粉末搅拌均匀后向其中加入1.72g TEA和1.32g PVP，溶解均匀后在160℃的条件下反应8h，反应后离心、过滤，并在真空环境下干燥得到MOF‑5粉末。 [0068] 混合31.2mL乙醇和43.8mL DMF溶液向其中加入1g MOF‑5、0.5g Fe‑CNTs和5mg CTAB粉末，并在超声条件下分散2h，分散均匀后加入0.9g TEA和1.2g PVP，搅拌均匀溶解完全后用浓度为1％的NaOH溶液滴定溶液体系的pH值到9，然后在水热反应釜中，160℃的条件下反应6h，反应后离心、过滤，在真空环境下干燥得到复合MOF，其SEM图见图3，结构均匀稳定； [0069] 称取27.9mg复合MOF粉末和1.9g PAN粉末加入16mLDMF溶液，搅拌混合均匀，超声分散2h得到第一芯层纺丝液； [0070] 称取0.12gPANI粉末和1.52g PVDF颗粒加入16mLDMF溶液，搅拌混合均匀后超声分散3h,得到第二芯层纺丝液； [0071] 称取2.1g PVDF颗粒加入16mL DMF溶液中，得到皮层纺丝液。 [0072] 纺丝液经过滤后，通过三通道微流控湿法纺丝法成型，其中，芯层的螺旋结构为圆心角是180°的半圆，所述第一芯层纺丝液和第二芯层纺丝液的流速为0.3mL/h，皮层纺丝液的浓度为0.3mL/h；凝固浴中的拉伸距离为25cm，成型后在去离子水中浸泡24h，加热干燥以去除有机物残留，得到复合压电纤维。 [0073] 实施例2 [0074] 本实施例在实施例1的基础上，将MOF‑5的质量调整为0.5g，其他步骤不变。 [0075] 实施例3 [0076] 本实施例在实施例1的基础上，将第一芯层纺丝液中PAN粉末的质量调整为1.52g，其他步骤不变。 [0077] 对比例1 [0078] 本对比例在实施例1的基础上，将第一芯层纺丝液的基体材料调整为PVDF，其他步骤不变。 [0079] 对比例2 [0080] 本对比例在实施例1的基础上，将磁化碳纳米管调整为非磁化的碳纳米管，其他步骤不变。 [0081] 对比例3 [0082] 本对比例在实施例1的基础上，在第二芯层纺丝液中不添加PANI，其他步骤不变。 [0083] 对比例4 [0084] 本对比例在实施例1的基础上，将两种芯层纺丝液混合作为芯层纺丝液，和皮层纺丝液进行同轴湿法纺丝，其他步骤不变。 [0085] 对实施例和对比例所得压电纤维进行性能分析，压电系数d33的测试方法参考自文章《薄膜压电材料压电系数测试原理和测试方法》，其基本操作是用PI薄膜将50根纤维横纵交错的粘贴排列成有厚度的膜，测试的基本原理是利用压电材料的压电效应，当材料受到外力作用产生变形时，在两个表面产生符号相反的电荷，外力去除后电荷消失。利用垂直压力对薄膜进行垂直加载，试样产生压缩变形并有电荷生成，通过示波器能够直观的观察压电输出的大小。 [0086] 采用等速伸长法测定试样的断裂伸长率(ΔL)来表征试样的的断裂强度。即将试样固定在等速伸长(CRE)试验仪上，向两侧拉伸至断裂时，试样的伸长量和试样原本长度的比值，参考自标准《GB/T 3923.1‑2013断裂强力和断裂伸长的测定(条样法)》。 [0087] 实施例和对比例的性能参数如表1所示： [0088] 表1 [0089] [0090] 从表1可见，相对于对比例1‑4，本发明实施例1‑3方法制备的复合压电纤维具有优异的输出电压、输出电流、压电系数，其中实施例1的输出电压可达10.4V,输出电流可达0.4μA，参考图4和图5，同时具备优异的机械性能，其断裂伸长率可达59.2％。 [0091] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。 |
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