CN110331456B - 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法 - Google Patents

一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110331456B
CN110331456B CN201910514979.7A CN201910514979A CN110331456B CN 110331456 B CN110331456 B CN 110331456B CN 201910514979 A CN201910514979 A CN 201910514979A CN 110331456 B CN110331456 B CN 110331456B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cqds
pvdf
preparation
spinning solution
fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910514979.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110331456A (zh
Inventor
吕军
黄茜
王传锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Jiaotong University
Original Assignee
Southwest Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Jiaotong University filed Critical Southwest Jiaotong University
Priority to CN201910514979.7A priority Critical patent/CN110331456B/zh
Publication of CN110331456A publication Critical patent/CN110331456A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110331456B publication Critical patent/CN110331456B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0015—Electro-spinning characterised by the initial state of the material
    • D01D5/003—Electro-spinning characterised by the initial state of the material the material being a polymer solution or dispersion
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/0007—Electro-spinning
    • D01D5/0061—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus
    • D01D5/0092—Electro-spinning characterised by the electro-spinning apparatus characterised by the electrical field, e.g. combined with a magnetic fields, using biased or alternating fields
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/44—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds
    • D01F6/48—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from mixtures of polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds as major constituent with other polymers or low-molecular-weight compounds of polymers of halogenated hydrocarbons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法，包括以下步骤1：将PVDF溶于N，N‑二甲基甲酰胺和丙酮构成的混合溶液中，在60 oC条件下充分混合均匀得到纺丝液；形成的纺丝液中PVDF的质量体积比为20%；步骤2：将CQDs加入到步骤1得到的纺丝液中，在60 oC条件下充分混合得到PVDF/CQDs混合纺丝液；混合纺丝液中CQDs的质量浓度为0.5%～1%；步骤3：将步骤2得到的纺丝液冷却脱泡后进行静电纺丝即可得到所需纳米纤维；本发明制备得到的纳米纤维具备多色发光特性，具有高效的能量转化效率，制备得到的薄膜具有优异的柔性。

Description

一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及多色发光柔性纳米纤维，具体涉及一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法。
背景技术
随着电子器件的发展趋向于微纳米制造以及柔性化发展，以及它们在能源、半导体、传感器、驱动器以及生物医学领域的应用，静电纺丝技术也引起了较多的关注。静电纺丝法作为制备纳米纤维的最有效方法之一，具有操作简单、适用范围广、生产效率相对较高等优点。压电材料通常分为四大类，包括压电单晶、压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料。压电陶瓷和单晶相较于其他压电材料具有较高的压电常数和机电耦合系数，更宽的频率响应范围，因此在半导体和传感方面占据了很大的市场。但这类材料往往密度大且质脆、抗冲击能力较差、加工性差且基底材料的动态性能会在加工过程中发生改变，这就限制了它们的应用。
压电聚合物主要包括杂化聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物、奇数尼龙、聚丙烯等。其中PVDF及其共聚物由于具有最高的压电常数，是最优期望的一类压电聚合物材料。基于压电聚合物制成的器件往往具有柔软性好、声阻抗和机械阻抗较低、耐化学腐蚀性好、质轻等优点，得到越来越多科研工作者的关注。PVDF的结晶态结构至少拥有四种不同的晶型，分别为α相、β相、γ相、δ相。其中α相是PVDF最常见的一种晶型，但是α相PVDF中分子的总体偶极矩为零，属于非极性构型。β相结构的PVDF分子以全反式TTTT的方式排列，这种排列方式使晶胞中偶极的方向处于同一方向，这使得在这一构型下分子极性达到最大值。在以往的研究中，大量工作表明在高压电场的作用下，α相PVDF可以有效的转化为β相和γ相。碳量子点CQDs作为碳纳米材料家族的新秀，凭借其优异的光学特性，已经受到国内外科研爱好者的青睐。荧光特性是CQDs的重要性质之一，并且通常表现为激发依赖性，也就是发射波长随着激发波长的变化而变化。之前的工作曾有人将CQDs加入PVDF基复合材料中，在高温高压条件下证明CQDs能有效诱导β晶的生成，并且复合材料具有了荧光效应。但是用这种方法制备的复合材料质硬，不能满足柔性器件的需求。
发明内容
本发明提供一种具有多色荧光发光性能、柔软、无毒且生物相容性好的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将PVDF溶于N，N-二甲基甲酰胺和丙酮构成的混合溶液中，在60 oC条件下充分混合均匀得到纺丝液；形成的纺丝液中PVDF的质量体积比为20%；
步骤2：将CQDs加入到步骤1得到的纺丝液中，在60 oC条件下充分混合得到PVDF/CQDs混合纺丝液；混合纺丝液中CQDs的质量浓度为0.5%～1%；
步骤3：将步骤2得到的纺丝液冷却脱泡后进行静电纺丝即可得到所需纳米纤维。
进一步的，所述步骤1中N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为3:2。
进一步的，所述步骤3中静电纺丝的电压为16kV，给液速度为20 µL/min，针尖与接受面之间的距离为15 cm，采用滚轴接收，滚轴转速为1400 r/min。
进一步的，所述步骤3中的静电纺丝在室温条件下进行，相对湿度为50%。
进一步的，所述步骤1中搅拌30 min混合。
进一步的，所述步骤2中搅拌3 h后，超声2次，每次超声20 min。
一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维，纤维表面光滑，纤维平均直径在200nm-800 nm之间。
本发明的有益效果是：
（1）本发明制备得到的纤维中CQDs在PVDF中分散均匀，具有多色荧光发光性能；
（2）本发明通过静电纺丝制备PVDF基纤维，具有柔性好、无毒、且碳量子点生物相容性好的特点；
（3）本发明静电纺丝过程中在电场的作用下α型PVDF有效转化为β相与γ相的晶型，使得制备的PVDF复合纳米纤维具有高效的能量转化效率。
附图说明
图1为本发明中制备得到的复合纳米纤维在不同激光波长的激光照射下的激光共聚焦图。
图2为本发明中实施例1、实施例2和对比例得到的样品的差示扫描量热仪测试曲线。
图3为本发明中实施例1、实施例2和对比例得到的样品的扫描电子显微镜图。
图4为本发明中实施例1、实施例2和对比例得到的样品的压电测试电输出信号示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取3 g干燥的PVDF树脂粉末，溶于N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液；其中N,N-二甲基甲酰胺9 mL，丙酮6 mL，在温度为60 ℃，磁力搅拌器转速为60 r/min的条件下搅拌30 min后得到PVDF溶液。
步骤2：将0.75 gCQDs加入到步骤1制备得到的PVDF溶液中，在温度为60 ℃条件下继续搅拌3 h，超声分散2次，每次20 min得到均匀的复合溶液。
步骤3：关闭溶液加热和搅拌，将溶液静置至常温、脱泡；然后将配得的溶液在室温下进行静电纺丝，湿度~50%，其中纺丝电压为20 kV，给液速度为20 µL/min；针尖到接收器的距离为15 cm，采用滚轴接收，滚轴转读为1400 r/min，纺丝时间为10 h。
图1为不同激发波长的激光照射在实施例1得到的复合纳米纤维的激光共聚焦侧视图。其中a、b、c依次为以蓝色光、绿色光、红色光为照射源得到的激光共聚焦侧视图。CQDs均匀得分布在纤维中，依次激发也发射出蓝光、绿光和红光。由此说明CQDs的引入赋予了PVDF复合纳米纤维稳定的荧光多色发光性能。
实施例2
一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取3 g干燥的PVDF树脂粉末，溶于N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液；其中N,N-二甲基甲酰胺9 mL，丙酮6 mL，在温度为60 ℃，磁力搅拌器转速为60 r/min的条件下搅拌30 min后得到PVDF溶液。
步骤2：将1.5 gCQDs加入到步骤1制备得到的PVDF溶液中，在温度为60 ℃条件下继续搅拌3 h，超声分散2次，每次20 min得到均匀的复合溶液。
步骤3：关闭溶液加热和搅拌，将溶液静置至常温、脱泡；然后将配得的溶液在室温下进行静电纺丝，湿度~50%，其中纺丝电压为20 kV，给液速度为20 µL/min；针尖到接收器的距离为15 cm，采用滚轴接收，滚轴转读为1400 r/min，纺丝时间为10 h。
对比例
一种PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：称取3 g干燥的PVDF树脂粉末，溶于N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶液；其中N,N-二甲基甲酰胺9 mL，丙酮6 mL，在温度为60 ℃，磁力搅拌器转速为60 r/min的条件下搅拌3 h后得到PVDF溶液。
步骤2：关闭溶液加热和搅拌，将溶液静置至常温、脱泡；然后将配得的溶液在室温下进行静电纺丝，湿度~50%，其中纺丝电压为20 kV，给液速度为20 µL/min；针尖到接收器的距离为15 cm，采用滚轴接收，滚轴转读为1400 r/min，纺丝时间为10 h。
本发明中的静电纺丝采用购于四川制研科技有限公司的静电纺丝机。
图2为本发明实施例1、实施例2和对比例得到的复合纳米纤维的差式扫描量热仪测试结果，其中曲线a、b和c分别表示对比例、实施例1和实施例2得到的复合纳米纤维样品的测试结果曲线。从图中可以看出CQDs的杂化对PVDF的静电纺丝结晶并无多大尺度的影响。
图3为本发明对比例a、实施例1b和实施例2c所得到的复合纳米纤维样品的扫描电子显微镜图。其中对比例的纤维平均直径约为800 nm，实施例1的纤维平均直径为340 nm，实施例2的纤维平均直径为 210 nm。从图中可以看出加入CQDs后纤维的微观形貌变好，纤维表面光滑，未见明显珠结。这是因为CQDs表面含有多种基团与离子，增加了纺丝液的电导率，所以使纤维在电场作用下收到了更强的拉伸作用，所以纤维的表面形貌得以改善。
图4为本发明对比例和实施例得到的样品的压电测试电输出信号，在撞击频率为1.6 Hz、撞击力度为15 N的条件下，电流和电压输出信号如图所示，其中图a和b为对比例得到样品输出电流和电压信号；图c和d为实施例1得到样品的电流和电压输出信号；图e和图f为实施例2得到样品的电流和电压输出信号。在纺丝时间为10 h情况下，通过对比例、实施例1和实施例2得到纤维制备薄膜材料，制备得到的薄膜厚度分别为0.260 mm，0.312 mm，0.330 mm。测试器件的面积为2×2cm2。从图中可以看出，对比例的输出电压为5 V，输出电流为164.05 nA；实施例1的输出电压为5.56 V，输出电流为178.49 nA；实施例2的输出电压为5.98 V，输出电流为233.47 nA。
采用本发明制备得到的薄膜具有良好的柔性，可以任意角度弯曲以贴合曲面，拓宽了材料的应用范围。本发明制备得到复合纳米纤维，CQDs在PVDF基底中分散均匀，赋予了复合材料明显的荧光性能；使得PVDF基纳米纤维具备多色发光特性，复合纤维在蓝色光的照射下发射出蓝色光，在绿色光的照射下发射出绿色光，在红色光的照射下发射出红色光。利用静电纺丝法制备得到的纳米纤维薄膜具有优异的柔性，可以完全成任意角度贴合曲面应用。静电纺丝过程中在电场的作用下α型PVDF有效转化为β相与γ相的晶型，使得制备的PVDF复合纳米纤维具有高效的能量转化效率。以上性能使得制备的CQDs杂化PVDF基纳米纤维在电子皮肤、柔性纳米发电机、健康监测感应器等领域具有可观的应用前景。

Claims (7)

1.一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将PVDF溶于N，N-二甲基甲酰胺和丙酮构成的混合溶液中，在60℃水浴锅中充分混合均匀得到纺丝液；形成的纺丝液中PVDF的质量体积比为20％；
步骤2：将CQDs加入到步骤1得到的纺丝液中，在60℃条件下充分混合得到PVDF/CQDs混合纺丝液；混合纺丝液中CQDs的质量浓度为0.5％～1％；
步骤3：将步骤2得到的纺丝液冷却脱泡后进行静电纺丝即可得到所需纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比为3:2。
3.根据权利要求1所述的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中静电纺丝的电压为16kV，给液速度为20μL/min，针尖与接受面之间的距离为15cm，采用滚轴接收，滚轴转速为1400r/min。
4.根据权利要求1所述的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的静电纺丝在室温条件下进行，相对湿度为50％。
5.根据权利要求1所述的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤1中在60℃水浴锅中充分混合搅拌30min混合。
6.根据权利要求1所述的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤2中在60℃条件下充分混合搅拌3h后，超声2次，每次超声20min。
7.如权利要求1～6所述任一项制备方法制备得到的一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维，其特征在于，纤维表面光滑，纤维平均直径在200nm-800nm之间；纤维具备多色发光特性，具有高效的能量转化效率；制备得到的纳米纤维薄膜具有优异的柔性，可以完全成任意角度贴合曲面应用。
CN201910514979.7A 2019-06-14 2019-06-14 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法 Active CN110331456B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910514979.7A CN110331456B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910514979.7A CN110331456B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110331456A CN110331456A (zh) 2019-10-15
CN110331456B true CN110331456B (zh) 2021-11-16

Family

ID=68142015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910514979.7A Active CN110331456B (zh) 2019-06-14 2019-06-14 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110331456B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338189A (zh) * 2008-08-27 2009-01-07 吉林大学 多重荧光编码微球的高压电纺制备方法
CN102944538A (zh) * 2012-08-06 2013-02-27 中国科学院新疆理化技术研究所 荧光碳量子点/聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法及用途
CN109721896A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 西南交通大学 一种自驱动多色荧光发射共聚物杂化复合材料、应用及制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338189A (zh) * 2008-08-27 2009-01-07 吉林大学 多重荧光编码微球的高压电纺制备方法
CN102944538A (zh) * 2012-08-06 2013-02-27 中国科学院新疆理化技术研究所 荧光碳量子点/聚丙烯腈纳米纤维膜的制备方法及用途
CN109721896A (zh) * 2018-12-28 2019-05-07 西南交通大学 一种自驱动多色荧光发射共聚物杂化复合材料、应用及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Graphene quantum dots modified polyvinylidenefluride (PVDF) nanofibrous membranes with enhanced performance for air Gap membrane distillation";Arman Jafari;《Chemical Engineering & Processing: Process Intensification》;20180313;第222-231页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110331456A (zh) 2019-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102719927B (zh) 一种聚偏氟乙烯/碳纳米管复合纳米纤维的制备方法
CN108442038A (zh) 一种具有高输出的柔性压电纤维薄膜及其制备方法
Xu et al. Glowing stereocomplex biopolymers are generating power: polylactide/carbon quantum dot hybrid nanofibers with high piezoresponse and multicolor luminescence
CN108505213B (zh) 一种氨基石墨烯/聚偏氟乙烯压电纳米电纺膜的制备方法
CN115948859A (zh) 一种高压电聚偏氟乙烯复合材料的制备方法
CN112251914B (zh) 用于制备压电材料的耐高温复合纳米纤维膜及其制备方法
US20200357979A1 (en) Method and apparatus for producing polymeric piezoelectric composite including boron nitride nanotubes dispersed therein, and polymeric piezoelectric composites produced using the method
Fu et al. Study on preparation process and enhanced piezoelectric performance of pine-needle-like ZnO@ PVDF composite nanofibers
CN106567192A (zh) 一种多功能的保健纳米纤维膜的制备方法
KR101415636B1 (ko) 산화아연-셀룰로오스 나노 복합재 및 이의 제조 방법
CN112195647B (zh) 一种高强度海藻酸盐/纳米氧化锌复合纤维及其制备方法
CN109369962A (zh) 一种仿贝壳结构纤维素纳米纤维/黑磷烯复合膜的制备方法
CN104733190B (zh) 复合隔膜及其制备方法
CN110331456B (zh) 一种CQDs杂化PVDF基多色发光柔性纳米纤维及其制备方法
He et al. Carbon Nanolights in Piezopolymers are Self‐Organizing Toward Color Tunable Luminous Hybrids for Kinetic Energy Harvesting
CN107663717A (zh) 聚偏二氟乙烯纳米纤维膜及其制备方法
Huang et al. Electrospun luminescent piezo webs as self-powered sensing platform for small accelerations at low frequency
Bairagi et al. New Insights toward casein/polyvinyl alcohol electrospun nanofibrous webs as a piezoelectric-cum-triboelectric energy harvester
CN108374209A (zh) 各向异性导电磁光三功能Janus纳米纤维阵列膜
CN110004515A (zh) 一种红色荧光兼具压电功能的纳米纤维及其制备方法
CN113957608B (zh) 基于Janus纳米带的荧光摩擦纳米发电机
CN112030349B (zh) 一种非层状钼纳米片/石墨烯基纤维膜及其制备方法
CN113151924B (zh) 一种具有高效圆偏振发光性能的手性聚合物/钙钛矿杂化纳米纤维制备方法
CN111996666B (zh) 一种钛纳米片/石墨烯基纤维膜及其制备方法
CN109721896B (zh) 一种自驱动多色荧光发射共聚物杂化复合材料、应用及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant