具有可变电学特性的银基复合纳米纤维的制备及应用研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yy20090907
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小型化和智能化是电子产品发展的重要方向,因此与这些产品密切相关的纳米材料、智能材料已成为当前研究的热点领域。具有良好导电性的材料在电子产品中应用十分广泛,如果材料的电学性质能够在外场的诱导下作往复性的变化,那将是一种非常有意义且具有应用潜力的新型智能材料,具有重要的研究价值。本论文基于纳米银材料,采用静电纺丝技术,制备了一种随外界环境的变化而发生电学特性往复变化的银基复合纳米纤维。而且,我们还发现这种材料具有特殊的光增强电催化性能,本文对此也作了深入研究。为了制备小尺寸的导电纳米纤维,需要采用小尺寸银纳米颗粒。本文通过控制还原剂的种类和用量及反应条件,来调控纳米银的形貌,得到了尺寸约为70 nm的银颗粒。研究了硼氢化钠(NaBH4)和抗坏血酸(Vc)同时作为还原剂时,用量、反应温度和不同反应时间稀释反应体系等因素对银颗粒的影响。以银纳米颗粒为原料,采用静电纺丝技术制备了银基复合纳米纤维,但未经过处理的纤维不导电。本文采用加热处理使聚乙烯醇缩丁醛(PVB)收缩从而降低了银颗粒间的距离,纤维实现导电功能。还研究了纤维浸泡在水中,利用PVB不溶于水的特性,通过水对PVB的作用力,使纤维发生收缩,在不影响纤维柔韧性的同时,在低温条件下即可实现纤维的导电。为了实现银基复合纤维的电学特性可往复变化,本文采用在纤维中掺杂不同的高分子材料。探索了在纤维中混纺光分解型高分子,发现在紫外光照条件下纤维会发生断裂、熔断,并不能实现电学特性的往复变化。进而,研究了将高吸水性树脂(SAP)纺入纤维,得到的复合纤维能吸收或释放大量水分,由此引起银颗粒间距的扩大和缩小,重复此过程即可实现纤维的电学特性的往复变化。掺杂一定量SAP后,纤维电阻值最大变化幅度为原电阻的10倍,多次往复循环后,纤维的变化幅度稳定在4倍左右。最后,本文研究了光照对Ag/PVB复合导电纤维的电催化氧还原的影响,发现光照能增强其电催化活性。首先研究了Ag/PVB质量比的影响,发现含银量高的纤维的电催化活性也高,Ag/PVB质量比为5:1的纤维催化活性远小于17:1的纤维,两者的循环伏安曲线(CV曲线)峰电位相差约0.084 V。比值为17:1的样品在光照1200 s后,其相对电流增加约9%;在光照36000 s后,其相对电流不会衰减,且较之于没有光照的样品,增长了约25%。由此可见,光照能大幅增强Ag/PVB复合纤维的催化氧还原反应的活性和稳定性。进而,本文采用电镀对纤维进行改性,研究了电镀参数对纤维的催化性能的影响。发现,在一定条件下电镀电流越大,纤维的催化氧还原活性越好,但稳定性有所降低。
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