【摘 要】
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近年来,便携式可穿戴柔性电子器件飞速发展,受到学者们的广泛关注。压电传感器由于其柔性好、灵敏度高、制作成本低、易微型化等优点被大量研究。目前,柔性传感器存在输出压电信号弱和强力低等问题,单一的压电材料无法满足人们的要求,无机压电材料介电常数高但脆性大,有机压电材料柔性好但介电常数较低,因此探究有机与无机压电材料的复合是当前的研究热点。本文采用静电纺丝技术制备BaTiO3@PAN/PVDF纳米纤维基
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近年来,便携式可穿戴柔性电子器件飞速发展,受到学者们的广泛关注。压电传感器由于其柔性好、灵敏度高、制作成本低、易微型化等优点被大量研究。目前,柔性传感器存在输出压电信号弱和强力低等问题,单一的压电材料无法满足人们的要求,无机压电材料介电常数高但脆性大,有机压电材料柔性好但介电常数较低,因此探究有机与无机压电材料的复合是当前的研究热点。本文采用静电纺丝技术制备BaTiO3@PAN/PVDF纳米纤维基复合压电材料。通过牵伸对纳米纤维进行取向,采用不同冷却方式获得不同结晶度的复合压电材料。由于纳米纤维膜强力偏低,故首先采用热压粘合的方式提高其强力,再进行热牵伸取向,并采用不同方式冷却,最后将其按照0°、45°和90°错层复合角热压粘合,得到复合压电材料。主要的研究结果如下:（1）首先,研究采用DA对BaTiO3进行表面改性处理,并对其进行粒径分析,结果表明,相较于BaTiO3,改性后的PDA-BT粒径分布变小,证明其分散性能变好。XRD测试证明,改性前后BaTiO3的晶型未发生改变,不影响其压电性能。（2）其次,研究PDA-BT的质量分数对PAN纳米纤维膜各项性能的影响。FTIR测试表明,加入PDA-BT后,PAN的3~1螺旋构象向平面锯齿构象发生转变。当PDA-BT质量分数为5%时,平面锯齿构象含量最多为51.04%,压电性能显著提高,最大开路电压达到0.94 V,并且此时PAN纳米纤维膜力学性能最佳:断裂应力达到4.64 MPa,断裂应变达到16.05%。（3）然后,研究PDA-BT的质量分数对PVDF纳米纤维膜各项性能的影响。XRD测试表明,加入PDA-BT后,PVDF的α晶型向β晶型转变。当PDA-BT质量分数为9%时,PVDF的β晶型含量最多,达到90.4%,其压电性能显著提高,最大开路电压达到1.14 V,并且此时PVDF纳米纤维膜力学性能最好:断裂应力达到11.79 MPa,断裂应变达到48.11%。（4）进一步采用响应面法（BBD）优化热压实验条件,结果表明,当热压温度为179.414,热压时间为2.595 min,热压压力为0.535 MPa时,PDA-BT@PAN/PVDF复合纳米纤维膜的断裂应力最大预测值为11.182 MPa。在上述条件下进行试验验证,得到纳米纤维膜的断裂应力从6.02 MPa增加到11.42 MPa,提高了89.70%。随后对纳米纤维膜进行牵伸和冷却处理,牵伸取向后β晶型的相对含量明显提高到91.8%。采用液氮冷却时,纤维膜的结晶度Xc达到49.44%,此时,其开路电压达到1.46 V。（5）最后,研究不同错层角度对取向PDA-BT@PAN/PVDF复合纳米纤维膜的影响。错层角度为90°时,此时孔径分布最小,在0.2-0.5 um之间,且最大开路电压达到1.66 V。
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