CN111300812A - 一种数码可控打印P（VDF-TrFE）纳米线阵列的方法 - Google Patents

一种数码可控打印P（VDF-TrFE）纳米线阵列的方法 Download PDF

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刘璐
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Abstract

本发明为一种数码可控打印P（VDF‑TrFE）纳米线阵列的方法。该方法以N,N‑二甲基甲酰胺和四氢呋喃为混合溶剂，溶解P(VDF‑TrFE)制得前驱体溶液，然后利用电流体喷印设备打印出纳米线阵列，最后高温退火后制备出P(VDF‑TrFE)纳米线阵列。本发明制备出长而连续、尺寸均匀、数码可控的P(VDF‑TrFE)纳米线阵列，为高分子纳米线阵列的制备开辟新径。

Description

一种数码可控打印P（VDF-TrFE）纳米线阵列的方法
技术领域：
本发明属于先进材料制造领域，具体来说，本发明涉及一种数码可控打印P(VDF-TrFE) 纳米线阵列的方法。
背景技术：
聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)(P(VDF-TrFE))具有独特的压电效应、热电效应、介电效应。与传统的压电材料相比具有动态范围大、力电转换灵敏度高、机械性能强高、声阻抗易匹配等特点，并具有易制成任意形状及面积不等的片或管等特点。在力学、光学、声学、电子、测量、医疗保健、军事、交通、信息工程、办公自动化、海洋开发、地质勘探等技术领域广泛使用。如：麦克风、噪声消声麦克风、电话送话器、双压电晶片换能器、耳机、扬声器、加速度器、医用传感器电唱机拾音器、非接触开关、电话盘、打字机及电脑键盘、血压计、光学快门、光纤开关、变焦镜、触觉传感器，显示器、位移传感器、超声发送及接无损检测换能器、成象阵列、水听器、延迟线、光调制器、变焦点换能器、超声显微镜、超声诊断仪， P(VDF-TrFE)薄膜优异的柔韧性和成型性，使其易于应用到许多传感器产品中。
印刷电子广泛应用于多种电子行业，具有很大的市场前景。然而，传统的静电纺丝技术无法实现方向及长度可控的单根纳米线及纳米线阵列的制备。
发明内容：
本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种数码可控打印P(VDF-TrFE)纳米线阵列的方法。该方法以N,N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃为混合溶剂，溶解P(VDF-TrFE)制得前驱体溶液，然后利用高分辨率电流体喷印设备打印出纳米线阵列，最后高温退火后制备出P(VDF-TrFE)纳米线阵列。本发明制备出长而连续、尺寸均匀、数码可控的P(VDF-TrFE) 纳米线阵列，为高分子纳米线阵列的制备开辟新径。
本发明的技术方案为：
一种数码可控打印P(VDF-TrFE)纳米线阵列的方法，该方法包括以下步骤：
(1)将N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合，制备为混合溶剂；
其中，质量比为，N,N-二甲基甲酰胺：四氢呋喃＝1:1-1:4；
(2)将P(VDF-TrFE)溶于混合溶剂中，常温搅拌0.5-24小时，制备为P(VDF-TrFE)的混合溶液；
其中，混合溶液中，P(VDF-TrFE)的质量浓度为10-20％；
(3)利用电流体喷印设备将混合溶液打印P(VDF-TrFE)纳米线阵列；
其中，控制注射器针头和接收面之间的电压为0.5～2.5kV、注射器针头距基板的距离为 1～6mm，将注射器针头出液流量设置为1～50nL/min，将基板运动速度设置为300-1000mm/s。
所述的IZO纳米线的直径为50～5000nm。
本发明的有益效果为：
作为一种铁电压电材料，目前已报道的P(VDF-TrFE)的绝大部分形态均为块状或薄膜状。到目前为止，P(VDF-TrFE)纳米纤维均采用静电纺丝法制备，但这种方法制备的纳米纤维十分杂乱，无法有序排列。本发明所制备的P(VDF-TrFE)纳米线阵列具有数码可控的特点，能够打印出长而连续的纳米线，并且其排布方式、单根纳米线走向以及纳米线阵列的间距均可控制，有效解决P(VDF-TrFE)纳米线合成方法中的瓶颈问题。
附图说明：
图1为实施例1中P(VDF-TrFE)纳米线阵列的光学显微镜图片。
图2为实施例1中P(VDF-TrFE)纳米线的FESEM图片。
图3为实施例1中P(VDF-TrFE)纳米线阵列的SEM图片。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明：
具体实施方式：
实施例1
(1)将质量比为1:2.5的N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合，制备为混合溶剂；
(2)将P(VDF-TrFE)溶于N,N-二甲基甲酰胺/四氢呋喃的混合溶剂中，常温搅拌12小时，制备为P(VDF-TrFE)的混合溶液，其中，P(VDF-TrFE)的质量浓度为15％；
(3)利用电流体喷印设备(E-Jet)将混合溶液打印为P(VDF-TrFE)纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为1.5kV、注射器针头距基板的距离为1.8mm，将注射器针头出液流量设置为25nL/min，将基板运动速度设置为1000mm/s。
图1和图2分别为实施例1中P(VDF-TrFE)纳米线阵列的光学显微镜及扫描电子显微镜图片，可以看出纳米线阵列排布均匀，纳米线阵列的长度约为750微米，线间距约为200微米。图3为单根P(VDF-TrFE)半导体纳米线的扫描电子显微镜图片，可以看出笔直的纳米线直径约为200纳米。
实施例2
(1)将质量比为1:3的N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合，制备为混合溶剂；
(2)将P(VDF-TrFE)溶于N,N-二甲基甲酰胺/四氢呋喃的混合溶剂中，常温搅拌2小时，制备为P(VDF-TrFE)的混合溶液，其中，P(VDF-TrFE)的质量浓度为12％；
(3)利用电流体喷印设备将混合溶液打印为P(VDF-TrFE)纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为1.8kV、注射器针头距基板的距离为4.5mm，将注射器针头出液流量设置为40nL/min，将基板运动速度设置为1000mm/s。
实施例3
(1)将质量比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合，制备为混合溶剂；
(2)将P(VDF-TrFE)溶于N,N-二甲基甲酰胺/四氢呋喃的混合溶剂中，常温搅拌20小时，制备为P(VDF-TrFE)的混合溶液，其中，P(VDF-TrFE)的质量浓度为18％；
(3)利用电流体喷印设备将混合溶液打印为P(VDF-TrFE)纳米线阵列，控制注射器针头和接收面之间的电压为2.3kV、注射器针头距基板的距离为3.5mm，将注射器针头出液流量设置为1nL/min，将基板运动速度设置为400mm/s。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (2)

1.一种数码可控打印P(VDF-TrFE)纳米线阵列的方法，其特征为该方法包括以下步骤：
(1)将N,N-二甲基甲酰胺与四氢呋喃混合，制备为混合溶剂；
其中，质量比为，N,N-二甲基甲酰胺：四氢呋喃＝1:1-1:4；
(2)将P(VDF-TrFE)溶于混合溶剂中，常温搅拌0.5-24小时，制备为P(VDF-TrFE)的混合溶液；
其中，混合溶液中，P(VDF-TrFE)的质量浓度为10-20％；
(3)利用高分辨率电流体喷印设备将混合溶液打印为长而连续的P(VDF-TrFE)纳米线阵列；
其中，控制注射器针头和接收面之间的电压为0.5～2.5kV、注射器针头距基板的距离为1～6mm，将注射器针头出液流量设置为1～50nL/min，将基板运动速度设置为300-1000mm/s。
2.如权利要求1所述的数码可控打印P(VDF-TrFE)纳米线阵列的方法，其特征为所述的IZO纳米线的直径为50～5000nm。
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