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复合螺旋纤维的制备及紫外屏蔽性能研究

复合螺旋纤维的制备及紫外屏蔽性能研究

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作者：王琰浙江理工大学

学位级别：硕士

相对于二维刚性电子器件,纤维柔性电子因其可拉伸性、轻量化和可调节的力电性能等优点被广泛应用于可穿戴传感器、可拉伸导体和柔性能源电极等能量收集和存储设备领域,然而有限的变形能力很难满足愈来愈高的拉伸应变需求。与传统纤维纱... 详细信息

相对于二维刚性电子器件,纤维柔性电子因其可拉伸性、轻量化和可调节的力电性能等优点被广泛应用于可穿戴传感器、可拉伸导体和柔性能源电极等能量收集和存储设备领域,然而有限的变形能力很难满足愈来愈高的拉伸应变需求。与传统纤维纱线相比,由于多级螺旋结构的存在,使得纤维局部应变和外界施加应变不匹配,产生局部应变抑制和整体应变提升。因此相较于传统纤维纱线,螺旋纤维结构具有更强的可拉伸性。基于此,本论文采用静电纺丝、机械加捻方法制备了复合纳米螺旋纤维结构,并对其性能、应用以及机理进行了系统的研究,具体研究结果如下:1、通过静电纺丝、机械加捻技术制备了Ti O//PU@Ag NWs复合纳米螺旋纤维,表征了不同结构、不同拉伸应变的紫外屏蔽性能。研究发现复合纳米螺旋纤维在0%～500%应变下表现出应变不敏感的紫外线防护,可用于紫外线屏蔽,以及在500%～1500%应变敏感的紫外线监测,可用于紫外线预警。与之前报道的普通纳米纤维膜相比,所制备的复合纳米螺旋纤维在大应变稳定性和紫外线屏蔽方面表现出较大的优势。此外,复合纳米螺旋还表现出耐磨、抗菌、生物降解和可编织性等。这种多功能策略为构筑可穿戴电子器件和多功能设备提供了思路。2、通过静电纺丝、机械加捻技术制备了Ti O//PU//LM复合纳米螺旋纤维,表征了不同液态金属的含量、不同纤维结构的力电性能。研究发现复合纳米螺旋纤维具有超拉伸性(3000%)以及超高导电性(128975 S/m),即使拉伸到3000%,其导电率也达到35009 S/m。由于添加了Ti O NPs,复合纳米螺旋纤维表现出较好的紫外屏蔽性能,除此,复合纳米螺旋纤维还具有较好的生物相容性。这种构筑策略为柔性电子的结构设计提供了一种新思路。3、采用添食法改性蚕丝纤维,然后通过静电纺丝制备PU、PVA、PAN、CA纳米纤维膜,表征了结构和性能。结果表明基于PU的Tg调控PU的加热温度,可赋予纳米纤维膜产生粘结点,进而改进蚕丝与PU纤维界面结合力。通过对比普通蚕丝、添食肉桂酸和Ti O NPs蚕丝的红外光谱,发现改性蚕丝的结构未发生改变。除此,添食肉桂酸以及Ti O NPs的蚕丝相对未添食的蚕丝紫外屏蔽性能较好。

关键词：静电纺丝螺旋纤维紫外屏蔽及预警可拉伸电子器件多功能集成

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