离子液体/聚丙烯腈复合压电纤维的制备与性能
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北京石油化工学院 新材料与化工学院

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宁波职业技术学院乙烯工程副产物高质化利用浙江省应用技术协同创新中心2021-2022年度开放课题(NZXT202102);北京市大学生科研训练项目(2022J00044)


Preparation and Properties of PAN/IL Composite Piezoelectric Fiber
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    摘要:

    为提高聚丙烯腈(PAN)纤维膜的压电性能,将离子液体1-烯丙基-3-丁基咪唑四氟硼酸盐(IL)掺杂到PAN中,采用静电纺丝技术制备PAN/IL复合压电纤维。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)仪、X射线衍射测试(XRD)仪、宽频介电松驰谱仪、拉伸机、LCR测试仪等方法,对PAN/IL复合压电纤维的形貌、构象、压电性能、介电性能、力学性能及传感器的灵敏度进行表征与分析。研究结果显示,适量的添加IL,纤维排列具有一定的取向性。将IL掺杂到PAN中可使复合纤维膜的平面锯齿构象含量提高,其值最高可达93.08%,有利于PAN复合纤维膜压电性能提高。复合纤维膜的介电常数由3.40提高到6.14,介电损耗由0.05降低到0.03,应力可达4.27Mpa,制备的柔性传感器的灵敏度可达0.56kPa-1。

    Abstract:

    In order to improve the piezoelectric properties of polyacrylonitrile (PAN) fiber membranes, ionic liquid 1-allyl-3-butylimidazole tetrafluoroborate (IL) was doped into PAN, and PAN/IL composite nanofiber membrane was prepared by electrospinning technology. The surface morphology, conformation, piezoelectric properties dielectric properties,mechanical properties and sensor sensitivity of PAN/IL composite fiber membrane were characterized by scanning electron microscope, fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, broadband dielectric and impedance spectrometer, stretching machine, LCR tester and other methods. The research results show that with the addition of an appropriate amount of IL, the PAN/IL composite fiber membrane has a good morphology without beading, and the fiber arrangement has a certain orientation. Doping IL into PAN can increase the content of the planar zigzag conformation of the composite fiber membrane, and its value can reach up to 93.08%, which is beneficial to the improvement of the piezoelectric properties of the PAN composite fiber membrane. After adding ionic liquid (IL), the dielectric constant of the composite fiber membrane increased from 3.40 to 6.14, the dielectric loss decreased from 0.05 to 0.03, the stress can reach 4.27Mpa and the sensitivity of the prepared flexible sensor can reach 0.56kPa-1.

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  • 收稿日期:2021-12-31
  • 最后修改日期:2022-04-29
  • 录用日期:2022-06-18
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