拉伸工艺对尼龙11薄膜微观结构与压电性能影响的研究开题报告

全文总字数：4062字

1. 研究目的与意义（文献综述）

压电高聚物由于具有良好的加工性能，且用于做压电元件时材料对温度、湿度及化学物质高度稳定、机械强度高、重量轻、失真小，克服了无机压电材料的材质硬、材质脆、质量大等缺点，这使得其在柔性电子器件，传感器，能量收集等方面的应用日益广泛。早期对于压电高聚物的研究主要集中在聚偏氟乙烯（pvdf）上，1981年newman等人首次报道尼龙-11（pa-11）经70~90℃温度下极化后显现出压电性，并测得其压电性能接近于pvdf及其共聚物，还表现出良好的高温（200℃）稳定性，这表明pa-11在压电性能方面存有巨大的潜力。尽管现阶段pa-11已成为仅次于pvdf的新型压电高聚物，但对pa-11许多方面的研究还是甚少。

与压电半导体或压电陶瓷相比，聚合物材料本质上具有较差的压电性能，限制了其应用。压电复合材料是20世纪70年代发展起来的一类功能复合材料，其一般是由压电陶瓷和聚合物基体按照一定的连接方式、一定的体积或质量比例和一定的空间几何分布复合而成，旨在不影响聚合物材料柔性的前提下提高了聚合物材料的压电性能。batio₃纳米粒子具有压电系数高、无铅、成本低等优点，已被广泛应用于增强聚合物的压电性能。通过在pa-11中掺杂具有优异压电性能的压电陶瓷batio₃纳米颗粒，有望制备出兼顾高压电性和柔韧性的pa-11/ batio₃复合材料。石先锐等选用吸水性小，力学性能优异的铁电聚合物pa-11作为聚合物基体，亚微米级铁电batio₃陶瓷作为压电填料组分，结合固相剪切碾磨技术和模压、注塑等热塑加工工艺，制备了pa-11/batio₃压电复合材料，其压电性能得到显著提高。这表明batio₃在改善压电聚合物压电性能方面有非常大的潜力。

为了提高pa-11的压电性能，本文拟通过配制一系列不同batio₃含量的pa-11/batio₃溶液，通过静电纺丝工艺，混合溶液在同时受电场力和拉伸力的情况下，以获得连续的电纺纳米线，在此基础上得到纳米纤维复合膜，利用仪器表征复合膜的微观形态、结构、力学性能，再组装pa-11/batio₃纳米压电器件，对其压电性能进行测试，来探究batio₃含量对pa-11压电性能的影响。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

（1）优化电纺液参数和电纺工艺参数以制备pa-11/batio₃纳米纤维复合膜

将一定量的pa-11和batio₃纳米颗粒溶解在体积比为1:1的甲酸:二氯甲烷混合溶剂中，超声搅拌以获得均匀的电纺液。再通过对电纺工艺参数的优化制备出纳米纤维复合膜。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－8周：按照设计方案，制备pa11/ batio₃纳米纤维复合膜。

第9－12周：采用sem、xrd、ftir、tga、拉伸测试、压电测试系统等测试技术对复合材料的形貌、结构与性能进行表征。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] behler k, havel m, gogotsi y. new solvent for polyamidesand its application to the electrospinning of polyamides 11 and 12[j]. polymer,2007, 48(22): 6617-6621.

[2] choi y s, jing q, datta a, et al. a triboelectric generatorbased on self-poled nylon-11 nanowires fabricated by gas-flow assisted templatewetting[j]. energy environmental science, 2017, 10(10): 2180-2189.

[3] hua z, shi x, chen y. preparation, structure, and propertyof highly filled polyamide 11/batio₃ piezoelectric composites preparedthrough solid‐state mechanochemical method[j]. polymer composites, 2019, 40(s1):e177-e185.