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新方法使尼龍成為競爭性壓電紡織品

發布時間:2020-11-04 13:09   瀏覽次數:11
摘要:尼龍似乎是壓電紡織品的首選材料,因為基於尼龍的紡織工業已經非常成熟,並且尼龍還具有方便的壓電晶體相。如果點擊它,您將獲得完美的電荷積累,可用於壓力感應和環境運動中的能量收集。

尼龍似乎是壓電紡織品的首選材料,因為基於尼龍的紡織工業已經非常成熟,並且尼龍還具有方便的壓電晶體相。如果點擊它,您將獲得完美的電荷積累,可用於壓力感應和環境運動中的能量收集。然而,在賦予尼龍壓電晶體結構的同時將尼龍製成纖維並不簡單。德國馬克斯·普朗克聚合物研究所的研究員,英國巴斯大學的教授Kamal Asadi解釋說:“這幾乎是半個世紀以來的挑戰。”在最近的“高級功能材料”報告中,他和他的合作者描述了他們如何解決該問題。尼龍的壓電相不僅對電子紡織品具有吸引力,而且對各種電子設備也具有吸引力,特別是對於具有高脆性的傳統壓電陶瓷而言。

然而,幾十年來,生產具有強壓電響應的結晶尼龍的唯一方法是將其熔融,快速冷卻,然後拉伸使其凝結成平滑的δ'相。最終的結構通常為幾十微米厚,對於電子設備或電子紡織品應用而言,該厚度太厚。壓電行為歸因於尼龍聚合物鏈中重複單元上的酰胺基以及它們與相鄰鏈上酰胺基之間的相互作用。當這些酰胺使它們的偶極子與電場自由對準時,就有可能利用材料中的壓電效應,這種效應最早可追溯到1980年代。然而,在尼龍的大多數結晶相中發生的是,這些酰胺與其他聚合物鏈上的酰胺形成牢固的氫鍵,從而鎖定了它們的位置並阻止了它們的重新取向和排列。因此,成版人抖音官网麵臨的挑戰是找到一種生產不含酰胺的方法地麵的重新定向不能限製在熔化,冷卻和拉伸過程中產生的形貌相。 1990年代,當世界上大多數研究小組放棄生產壓電薄膜或纖維的努力時,Asadi的研究小組遇到了一位“紡織工程師的傑出學生” Saleem Anwar,這促使Asadi關注這一問題。 。研究人員首先考慮了在具有強壓電特性的相中生產尼龍的基本因素。熔化,冷卻和拉伸的方法取決於迅速冷卻尼龍,因此Asadi和Anwar及其合作者研究了如何通過將尼龍溶解在溶劑中然後快速提取溶劑來獲得相同的效果。但是,溶劑傾向於通過侵蝕酰胺之間的氫鍵來溶解尼龍,並在其位置形成氫鍵,因此幾乎不可能擺脫溶劑。

一天,安瓦爾經過實驗後用丙酮清洗時,他告訴阿薩迪一個奇怪的發現,他曾嚐試使用三氟乙酸(TFA)作為溶劑生產尼龍薄膜,並取得了突破。溢出的尼龍溶液變成透明的。該小組懷疑突然的透明性一定表明有反應,因此他們用三氟乙酸和丙酮製成溶液,並試圖用它來加工尼龍。果然,接下來的一周,研究人員獲得了預期的結果。安瓦爾意外發現的是丙酮和TFA之間的氫鍵,這是科學界已知的最強的氫鍵之一。因此,當研究人員將溶液散布在高真空基質上以蒸發溶劑時,正如Asadi所說:“這就像丙酮用手握住TFA分子,將其從尼龍中帶出來,形成壓電晶體相。”員工是第一個生產具有強壓電響應性的尼龍薄膜的人。但這並不能完全解決生產纖維的問題,因為生產方法仍然高真空不兼容。因此,他們研究了控製溶劑萃取速率的其他方法。他們專注於通過靜電紡絲生產纖維。在靜電紡絲過程中,電場將聚合物溶液吸引到直徑僅為幾十納米的寬度的纖維中。纖維的高表麵積比產生高溶劑萃取。率。然後,關鍵是要在聚合物溶液的粘度和靜電紡絲條件之間取得平衡,以便其他因素不會阻止在寶貴的δ'階段形成纖維。研究人員發現,大約200納米寬的纖維在競爭因素中有一個“最佳點”。在頻率為8 Hz的周期性機械衝擊下產生的電勢的測量結果表明,200納米的δ'相光纖產生6 V,而較窄的光纖由於這些寬度而產生的電壓小於0.6V。與窄度有關的因素導致由纖維形成的相沒有壓電響應。實際上,在大約1000nm的寬纖維中,由於纖維太粗而無法高效,快速地提取溶劑,因此尼龍形成的γ相僅具有較弱的壓電響應。在較粗的纖維中,γ相的壓電響應較差,這在一定程度上被較大的纖維體積所補償,從而產生了4V的電勢。但是,200nmδ'相光纖仍然具有響應更靈敏的優點。

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