柔性钛酸锶纳米纤维膜的制备及其性能研究

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuchen2007
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钛酸锶(STO)作为钙钛矿结构的陶瓷材料,具有良好的电磁、压敏、热电、光催化和电催化等性能,是物理、化学和材料等领域的研究热点。随着静电纺丝和纳米技术突飞猛进的发展,柔性陶瓷材料逐渐被开发和利用。静电纺柔性陶瓷纳米纤维材料由于具有比表面积大、活性位点多、孔隙率高、有柔性和易于回收等特点引起了广泛的关注。目前已经有多种二元或三元的氧化物陶瓷被成功制备成柔性静电纺纳米纤维材料,并在阻燃隔热、过滤分离、催化和传感等领域有丰富的应用。本文将围绕着操作简单、制备方便的静电纺丝技术,探索静电纺柔性STO纳米纤维膜制备的可行性以及其在压阻效应和可见光催化领域的有效应用展开研究。所取得的主要研究成果如下:(1)通过将Sn4+掺入STO晶格的方法,制备了有一定柔性的Sn4+掺杂STO(SSTO)纳米纤维膜,系统地研究了煅烧温度对纳米纤维的微观形貌和晶体结构的影响,进而分析了微观结构与力学性能之间的构效关系,并探索了SSTO纳米纤维膜的压阻性能,初步尝试了将所得样品作为核心元件应用到压阻式压力传感器中,作为智能可穿戴器件检测人体信号。通过研究发现SSTO前驱体纳米纤维杂化膜的最佳煅烧温度是600℃,当煅烧温度低于600℃时,杂化膜中作为纤维成型软模板的高分子聚合物不能完全降解,且晶粒生长不完全,不能完全展现陶瓷材料的特有性能,当温度高于600℃时,晶粒过大,导致纤维弯曲易断裂,从而展现脆性。对600℃煅烧得到的SSTO纳米纤维膜的机械性能测试得到纤维膜的抗拉伸断裂强度为0.22MPa、伸长率为1.8%、杨氏模量为13.3MPa,纤维膜可以弯曲扭转成不同的角度和形状。柔性SSTO纳米纤维膜作为核心敏感元件制得的三明治结构压阻式压力传感器在低压范围(<400Pa)有较高灵敏度(2.24/k Pa),较快的压力响应时间(12ms)和回复时间(32ms),并且稳定使用寿命长(>1000个周期),并且能够用于实时监测人体活动信号,包括肢体弯曲、鼻子呼吸、喉咙吞咽或脉搏跳动等行为。(2)以上一章实验为基础,进一步设计了将离子半径更大的Zr4+引入STO晶格中,获得了力学性能增强的柔性Zr4+掺杂STO(ZSTO)纳米纤维膜。研究发现Zr4+的掺入量对ZSTO纳米纤维膜的力学性能有着重要的影响,因此,从纳米纤维的微观形貌、晶体结构和孔结构等多方面进行了分析,发现随着Zr4+的掺杂量提高,相同条件下,纤维表面越光滑,晶粒尺寸减小,孔体积减小,通过X射线衍射图谱可以看出Zr的掺杂临界点是30mol%,超过这个临界点则不易结晶。当Zr4+掺杂量为20mol%时比表面积达到最大为30.4m~2/g。此外,我们初步探索了ZSTO纳米纤维膜在可见光下的光催化降解性能,实验得出Zr4+的适当掺入会促进可见光对STO的激发活性,由于STO的禁带宽度宽,Zr4+的掺入对其可见光催化性能虽有改善却仍有提高的空间。此外,ZSTO纳米纤维膜良好的力学强度方便其使用后回收再利用。(3)在上述柔性ZSTO纳米纤维膜的基础上,通过一步水热合成法将磷酸银(Ag3PO4)修饰到ZSTO纳米纤维表面,得到具有异质结构(AZSTO)纳米纤维膜。通过观察纳米纤维的微观形貌可以发现磷酸银晶粒均匀的分布生长在纤维表面,这种均匀分布的异质结构可以有效的促进光生电子和空穴的分离。通过漫反射光谱计算出STO、ZSTO和AZSTO的禁带宽度分别为3.41e V、3.27e V和2.49e V,成功将光激发波长从紫外光波段提高到可见光波段。实验表明AZSTO纳米纤维膜在牺牲剂Ag NO3溶液(0.15m L)的辅助下,在可见光照射60min后,对盐酸四环素的降解效率提高到85%。其次,采用不同活性物质的捕获剂进一步研究了光催化降解中起主要作用的活性物质是超氧自由基和光生空穴。另外,AZSTO纳米纤维膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌在可见光照射下的抑菌率均在99.99%以上,揭示了AZSTO纳米纤维膜具有优秀的光催化降解和抗菌性能。柔性AZSTO纳米纤维膜在污水处理和环境保护方面具有良好的循环稳定性和可回收性。
其他文献
有机-无机杂化钙钛矿材料已被广泛应用于光电器件的制备,因其具有合适的带隙、吸收系数高、载流子输运性能优异、缺陷容忍度高等光电半导体特性,在光伏领域展现出了巨大的应用前景。短短十年间,正式结构(n-i-p)钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从3.8%提高到25.8%(NREL认证效率为25.7%)。基于无机氧化镍(NiOx)的反式平面结构(p-i-n)钙钛矿太阳能电池具有稳定性较高、制备工艺简单、适
学位
松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)是一种对多种松树有极强致病性的危险外来物种。由松材线虫侵染引起的松材线虫病已经对全球范围内的松林造成了严重的破坏,经济损失惨重。该病致病机制复杂,症状发生迅速,防治困难。由于目前松材线虫病致病致病机理还不十分清楚,因此对于该病的防治尚未有非常有效的手段。常见的防治方法有彻底拔除病木并焚烧,有机溶剂熏蒸松木,农药控制传播媒介—松褐天牛,
学位
在地震数据的实际采集过程中,受复杂采集条件制约,采集的数据在空间方向会存在随机分布的缺失地震道,并且不可避免的混入了随机噪声以及强振幅噪声。对含有随机噪声和强振幅噪声的随机缺失地震数据进行重建与去噪,有利于提高后续地震数据处理和解释的精度。传统压缩感知方法进行同时重建与去噪需要反复试验处理参数,处理复杂地震数据会造成信号损失或噪声残留。现有卷积神经网络方法无法有效压制强振幅噪声。本文引入常用的卷积
学位
微生物发酵产生的胞外多糖作为继动植物多糖和藻类多糖的又一大分支,拥有其他来源多糖无法比拟的优势,如发酵产多糖过程中可控的生长条件、发酵液中粗糖简单的提取方法、发酵多糖的短时间生产等。随着对庞大微生物资源的不断开发,人们发现了越来越多的具备丰富应用前景的微生物胞外多糖。微生物多糖优异的性质提高了许多产品的价值和应用范围,但市面上可见的微生物多糖种类有限,因此寻找新型的、有强的应用潜力的微生物多糖对其
学位
随着人口急剧增加以及工业快速发展,环境污染问题日益严峻,严重影响人类生活及健康。电催化及电化学传感领域的出现缓解了这一问题,然而,寻找催化效率高、绿色环保、成本低的催化剂是目前研究的难点。异质结纳米材料具有丰富的催化活性位点和低电阻,有利于电荷转移并改善电子结构产生缺陷,且赋予不同组分各自功能,目前广泛运用在电催化、生物传感等领域。本论文以低成本泡沫铜(Cu foam)为基材,构建高效的铜氧化物异
学位
中国文学批评的发生发展,从“立言”之“不朽”所揭示立言为文的“文言”之语体形成,构成言与文相辅相成关系,以及文言文与白话文的分离,由此阐发言之文的文学语言功能作用;进而基于言意之辨与文笔之争拓展到言与体关系辨析,以有韵为文与无韵为笔的文体与笔体之辨,阐明文体之分在一定程度上构成文体语言的不同表达方式特点,不仅形成“因情立体,即体成势”的文章写作与文学创作之文势,而且形成文体语言丰富多彩的表现方式与
期刊
回环检测是机器人的同步定位和建图(Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)过程中的关键环节之一,它的主要目的就是检查机器人有没有返回之前到过的区域,进而利用移动路径回环约束去除在定位和建图过程中的累积误差。根据机器人搭载传感器的不同,回环检测主要分为激光回环检测和视觉回环检测。相比于激光雷达信息,视觉信息更加丰富,但受光照、视角、动态物体等外界环境变化
学位
鄂温克族萨满在我国无论是地理,宗教,政治还是文化上,都是我国研究民族学中不可或缺的一部分内容,有着举足轻重的作用,同时也扮演着非常重要的历史角色。其中萨满造型文化独特古老而又神秘的文化背景,丰富而又具有内涵的精神风貌,为我国的民族艺术研究提供了一片坚实的土壤。文章主要研究方法为查阅鄂温克萨满文化资料、相关文献、实地调研以及其他学科对本论文论点的不同阐述。研究过程中首先,详细分析鄂温克族三个部落的萨
学位
当前,环境愈发恶劣,给人体健康和经济社会发展带来阻碍,空气过滤材料的开发与应用已成为当前研究热点。2019年底新型冠状病毒(COVID-19)的爆发,引起了全世界的高度关注,这种具有强致病性的病毒正在肆意危害我们的健康,感染COVID-19的人主要发生肺部病变,导致肺泡细胞严重受损,最终导致气体交换阻塞。佩戴口罩是被广泛采纳的有效策略,口罩的高需求量、功能化修饰成为近段时间的关注重点。基于上述研究
学位
慢性伤口发病率高,病程长,且会给患者带来沉重的经济负担,是目前临床治疗的难点。近年来随着研发人员对慢性创面愈合研究的深入,新型多功能敷料材料的研发备受关注。在各类先进敷料材料中,静电纺纳米纤维因其具备比表面积高,孔隙率高,孔径尺寸小,细胞外基质(ECM)仿形好等优点成为新型敷料开发的热点。此外,水凝胶敷料材料也引起了科研人员的强烈兴趣,其具备优异的吸液能力,不仅可以为伤口愈合提供湿润的微环境,而且
学位