Tính chất cơ học và điện của sợi siêu mịn PVDF/MWCNT được tạo thành bằng phương pháp điện xung sử dụng bộ thu quay

Nanoscale Research Letters - Tập 9 - Trang 1-7 - 2014
Shu-Hua Wang1, Yong Wan1, Bin Sun1, Ling-Zhi Liu1, Weijiang Xu2
1College of Physics, Key Laboratory of Photonics Materials and Technology in Universities of Shandong, Qingdao University, Qingdao, People's Republic of China
2Départment d’Opto-Acousto-Electronique, IEMN, URM, CNRS 8520, Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis, Valenciennes, France

Tóm tắt

Sợi siêu mịn poly(vinylidene fluoride) (PVDF) với các tỷ lệ khác nhau của ống nano carbon nhiều lớp (MWCNT) đã được chế tạo bằng cách sử dụng thiết bị điện xung đã được cải tiến với bộ thu quay. Khi hàm lượng MWCNT tăng lên, pha β đã được cải thiện đáng kể, và các sợi trở nên đàn hồi hơn, điều này được thể hiện qua việc mô đun Young giảm mạnh. Hơn nữa, khi tăng cường lượng MWCNT, mật độ của các mối nối carbon nanotube (CNT)-CNT giữa các sợi cũng tăng tương ứng. Khi hàm lượng MWCNT đạt 1.2 wt.%, một mạng lưới dẫn điện ba chiều ổn định đã được hình thành. Sau ngưỡng thấm này, mật độ của các mối nối CNT-CNT giữa các sợi có xu hướng trở thành một đại lượng cố định, dẫn đến độ dẫn điện ổn định. Hy vọng rằng các kết quả của chúng tôi có thể hữu ích cho việc chế tạo các thiết bị linh hoạt, thiết bị piezoelectric, bộ chuyển đổi lực, và nhiều ứng dụng khác.

Từ khóa

#PVDF #MWCNT #sợi siêu mịn #điện xung #tính chất cơ học #tính chất điện

Tài liệu tham khảo

Lipomi DJ, Bao Z: Stretchable, elastic materials and devices for solar energy conversion. Energy Environ Sci 2011, 4: 3314–3328. 10.1039/c1ee01881g Li D, Xia Y: Electrospinning of nanofibers: reinventing the wheel? Adv Mater 2004, 16: 1151–1170. 10.1002/adma.200400719 Lu X, Zhang W, Wang C, Wen TC, Wei Y: One-dimensional conducting polymer nanocomposites: synthesis, properties and applications. Prog Polym Sci 2011, 36: 671–712. 10.1016/j.progpolymsci.2010.07.010 Greiner A, Wendorff JH: Functional self-assembled nanofibers by electrospinning. Adv Polym Sci 2008, 219: 107–171. Reneker DH, Yarin AL: Electrospinning jets and polymer nanofibers. Polymer 2008, 49: 2387–2425. 10.1016/j.polymer.2008.02.002 Agarwal S, Wendorff JH, Greiner A: Use of electrospinning technique for biomedical applications. Polymer 2008, 49: 5603–5621. 10.1016/j.polymer.2008.09.014 Schiffman JD, Schauer CL: A review: electrospinning of biopolymer nanofibres and their applications. Polym Rev 2008, 48: 317–352. 10.1080/15583720802022182 Huang ZM, Zhang YZ, Kotaki M, Ramakrishna S: A review on polymer nanofibers by electrospinning and their applications in nanocomposites. Compos Sci Technol 2003, 63: 2223–2253. 10.1016/S0266-3538(03)00178-7 Sun B, Long YZ, Zhang HD, Li MM, Duvail JL, Jiang XY, Yin HL: Advances in three-dimensional nanofibrous macrostructures via electrospinning. Prog Polym Sci 2014, 39: 862–890. 10.1016/j.progpolymsci.2013.06.002 Sun B, Long YZ, Chen ZJ, Liu SL, Zhang HD, Zhang JC, Han WP: Recent advances in flexible and stretchable electronic devices via electrospinning. J Mater Chem C 2014, 2: 1209–1219. 10.1039/c3tc31680g Furukawa T: Piezoelectricity and pyroelectricity in polymers. IEEE Trans Electr Insul 1989, 24: 375–394. 10.1109/14.30878 Koga K, Ohigashi HJ: Piezoelectricity and related properties of vinylidene fluoride and trifluoroethylene copolymers. J Appl Phys 1986, 59: 2142–2150. 10.1063/1.336351 Chen QX, Payne PA: Industrial applications of piezoelectricity polymer transducers. Meas Sci Technol 1995, 6: 249–267. 10.1088/0957-0233/6/3/001 Chang J, Dommer M, Chang C, Lin L: Piezoelectric nanofibers for energy scavenging applications. Nano Energy 2012, 1: 356–371. 10.1016/j.nanoen.2012.02.003 Huang S, Yee WA, Tjiu WC, Liu Y, Kotaki M, Boey YCF, Ma J, Liu T, Lu X: Electrospinning of polyvinylidene difluoride with carbon nanotubes: synergistic effects of extensional force and interfacial interaction on crystalline structures. Langmuir 2008, 24: 13621–13626. 10.1021/la8024183 Huang XY, Jiang PK, Kim C, Liu F, Yin Y: Influence of aspect ratio of carbon nanotubes on crystalline phases and dielectric properties of poly(vinylidene fluoride). Eur Polym J 2009, 45: 377–386. 10.1016/j.eurpolymj.2008.11.018 Yu SS, Zheng WT, Yu WX, Zhang YJ, Jiang Q, Zhao ZD: Formation mechanism of β-phase in PVDF/CNT composite prepared by the sonication method. Macromolecules 2009, 42: 8870–8874. 10.1021/ma901765j Wang M, Shi JH, Pramoda KP, Goh SH: Microstructure, crystallization and dynamic mechanical behavior of poly(vinylidene fluoride) composites containing poly(methyl methacrylate)-grafted multiwalled carbon nanotubes. Nanotechnology 2007, 18: 235701–235701. 10.1088/0957-4484/18/23/235701 Liu ZH, Pan CT, Lin LW, Lai HW: Piezoelectric properties of PVDF/MWCNT nanofiber using near-field electrospinning. Sens Actuators A 2013, 193: 13–24. Huang WW, Edenzon K, Fernandez L, Razmpour S, Woodburn J, Cebe P: Nanocomposites of poly(vinylidene fluoride)with multiwalled carbon nanotubes. J Appl Polym Sci 2010, 115: 3238–3248. 10.1002/app.31393 Simoes R, Silva J, Vaia R, Sencadas V, Costa P, Gomes J, Lancerros-mendez S: Low percolation transitions in carbon nanotube networks dispersed in a polymer matrix: dielectric properties, simulations and experiments. Nanotechnology 2009, 20: 035703–035703. 10.1088/0957-4484/20/3/035703 Chang CM, Liu YL: Electrical conductivity enhancement of polymer/multiwalled carbon nanotube (MWCNT) composites by thermally-induced defunctionalization of MWCNTs. ACS Appl Mater Interfaces 2011, 3: 2204–2208. 10.1021/am200558f Chanmal C, Deo M, Rana A, Jog J, Ogale S: Strong electric field modulation of transport in PVDF/MWCNT nanocomposite near the percolation threshold. Solid State Commun 2011, 151: 1612–1615. 10.1016/j.ssc.2011.07.018 Edwards MD, Mitchell GR, Mohan SD, Olley RH: Development of orientation during electrospinning of fibres of poly(ϵ-caprolactone). Eur Polym J 2010, 46: 1175–1183. 10.1016/j.eurpolymj.2010.03.017 Dror Y, Salalha W, Khalfin RL, Cohen Y, Yarin AL, Zussman E: Carbon nanotubes embedded in oriented polymer nanofibers by electrospinning. Langmuir 2003, 19: 7012–7020. 10.1021/la034234i Potschke P, Fornes TD, Paul DR: Rheological behavior of multiwalled carbon nanotube/polycarbonate composites. Polymer 2002, 43: 3247–3255. 10.1016/S0032-3861(02)00151-9 Du FM, Scogna RC, Zhou W, Brand S, Fischer JE, Winey KI: Nanotube networks in polymer nanocomposites: rheology and electrical conductivity. Macromolecules 2004, 37: 9048–9055. 10.1021/ma049164g Bug ALR, Safran SA, Webman I: Continuum percolation of rods. Phys Rev Lett 1985, 54: 1412–1415. 10.1103/PhysRevLett.54.1412 Vigolo B, Coulon C, Maugey M, Zakri C, Poulin P: An experimental approach to the percolation of sticky nanotubes. Science 2005, 309: 920–923. 10.1126/science.1112835 Bauhofer W, Kovacs JZ: A review and analysis of electrical percolation in carbon nanotube polymer composites. Compos Sci Technol 2009, 69: 1486–1498. 10.1016/j.compscitech.2008.06.018 Kirkpatrick S: Classical transport in disordered media: scaling and effective-medium theories. Phys Rev Lett 1971, 27: 1722–1725. 10.1103/PhysRevLett.27.1722