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Polym. Compos.:通过同轴静电纺丝实现纳米粒子在聚合物基质中的最佳分散
2021/1/31 9:55:57 易丝帮

DOI: 10.1002/pc.25924

纳米增强聚合物在过去的几十年中得到了广泛的应用,因为与原始聚合物相比,它们表现出增强的性能。不幸的是,将纳米粒子(NPs)分散到聚合物基质中是目前的一个主要问题,因为它们容易形成团聚体,从而限制了性能的提高和进一步的应用。在这项工作中,研究者建议使用一步同轴静电纺丝法将NPs分散在聚合物基质中。特别是,将具有单峰和双峰尺寸分布的氧化铁(Fe3O4)NP分散在聚偏氟乙烯(PVDF)中,众所周知,PVDF因通过静电纺丝制备而具有改进的压电性能。结果表明,NP的加入对聚合物纤维的改性取决于其表面积体积比。此外,透射电子显微镜显示NP在聚合物中具有良好的分散性,尤其是对于最小的NP尺寸(单峰)。最后,与初始NP溶液相比,每个NP尺寸分布在电纺垫中都得到了很好的保留,这表明该技术适用于制备具有定制NP尺寸的纳米增强PVDF结构。总的来说,同轴静电纺丝是制备具有压电/超顺磁特性的材料的优先选择。

 

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图1.静电纺丝工艺示意图[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]


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图2.纳米粒子(NP)溶液的透射电子显微镜图像以及NP5(A),NP10(B),NP20(C)和NP10-20(D)的尺寸分布


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图3.电纺聚合物基质(聚偏氟乙烯[PVDF],PVDF+NP5,PVDF+NP10,PVDF+NP20和PVDF+NP10-20)的扫描电子显微镜图像及其相应的纤维尺寸分布。插图:放大合成图像中的纤维。比例尺=1μm


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图4.电纺聚合物基质(聚偏氟乙烯[PVDF],PVDF+NP5,PVDF+NP10,PVDF+NP20和PVDF+NP10-20)的纤维尺寸分布[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]


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图5.比较两种不同尺寸分布的同轴静电纺丝的示意图。主要区别在于纳米粒子(NP)的表面积体积比:对于给定的体积分数,NP的总量因其尺寸分布而有所不同,NP5(1)表现出更高的负电荷表面积,与NP20(2)相比,增加静电吸引力,从而将纤维拉伸到更高的程度。与PVDF+NP20相比,这种拉伸效果导致聚偏氟乙烯[PVDF]+NP5基质的纤维直径减小[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]


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图6.仅纯聚偏氟乙烯[PVDF]、PVDF+NP5、PVDF+NP10、PVDF+NP20和PVDF+NP10-20基质的透射电子显微镜图像。插图:放大单根纤维。白色箭头指示NP在纤维边缘上的位置


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图7.纳米粒子(NP)在其溶剂中以及在NP5(A),NP10(B),NP20(C)和NP10-20(D)复合物中的尺寸分布[颜色图可在wileyonlinelibrary.com上查看]


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