在本研究中,作者使用不同的溶剂混合物和不同的静电纺丝参数制备了PVDF静电纺丝膜。对纳米纤维形态、纳米纤维直径、结晶度、β相含量以及在外部机械应变下的压电响应进行了全面的研究。结果表明,使用低毒的DMSO作为溶剂,可以获得具有良好形态(无珠、表面光滑、纳米纤维均匀)的PVDF膜。所有制备的膜的结晶度和β相分数分别高于48%和80%。因此,静电纺丝是制备具有压电特性的PVDF膜的好方法。此外,作者还考虑了溶剂特性和静电纺丝参数对最终压电特性的潜在影响。当采用不同β相分数和结晶度值的PVDF膜制作压电换能器时,可以获得不同的压电电压输出。综上,本文提供了一种通过控制溶剂偶极矩和工艺参数来调节PVDF电纺膜压电性能的有效策略。据悉,这也是首次报道溶剂偶极矩对静电纺丝材料压电性能的影响。
图1.用于制备PVDF纳米纤维膜的静电纺丝装置示意图。
图2.用于压电分析的实验装置示意图。
图3.PVDF纳米纤维膜在两种放大倍率下的SEM图像:(A)M1(使用DMF/ACE(2/1))和(B)M2(使用DMF/THF(1/1))。
图4.PVDF纳米纤维膜在两种放大倍率下的SEM图像和直径直方图:(A)M3(使用DMSO/ACE(2/1)),(B)M4(使用DMSO/ACE(1/1)),(C)M5(使用DMSO/ACE(2/3)),(D)M6(使用DMSO/THF(1/1))和(E)M7(使用DMSO/THF(1/2))。
图5.所有PVDF纳米纤维膜(M3-M10)的FTIR光谱。
图6.(A)PVDF纳米纤维膜(M7和M10)的FTIR光谱和(B)DSC曲线。
图7.PVDF纳米纤维膜在两种放大倍率下的SEM图像和直径直方图:(A)M3(使用10kV,1mL/h,15cm),(B)M8(使用10kV,0.5mL/h,15cm),(C)M9(使用10kV,0.5mL/h,30cm)和(D)M10(使用20kV,0.5mL/h,30cm)。
图8.在不同幅度和频率下,由PVDF膜(A)M7和(B)M10制成的换能器的开路电压随时间的变化。