【摘 要】
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PVDF和PAN同为压电聚合物,受到越来越多的关注。本研究选用低介电损耗、大偶极矩（3.5Debye）的聚丙烯腈,并利用静电纺丝技术成功地制备了具有高平面锯齿构象含量的PAN纳米纤维膜,PAN分子中存在两种结构,当平面锯齿构象含量大于3~1螺旋构象（即平面锯齿构象占主导地位）时,制备的PAN纳米纤维膜将产生更高的压电输出,并且压电性也更好,从而获得了具有高压输出的聚丙烯腈薄膜,此外,还制备了一种简
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PVDF和PAN同为压电聚合物,受到越来越多的关注。本研究选用低介电损耗、大偶极矩（3.5Debye）的聚丙烯腈,并利用静电纺丝技术成功地制备了具有高平面锯齿构象含量的PAN纳米纤维膜,PAN分子中存在两种结构,当平面锯齿构象含量大于3~1螺旋构象（即平面锯齿构象占主导地位）时,制备的PAN纳米纤维膜将产生更高的压电输出,并且压电性也更好,从而获得了具有高压输出的聚丙烯腈薄膜,此外,还制备了一种简单的压力传感器装置,该技术证明了聚丙烯腈薄膜的商业化前景。本论文通过向PAN中添加无机填料（Ba Ti O3、离子液体（IL）、Fe Cl3·6H2O、Eu（NO3）3·6H2O）,通过SEM、FTIR、XRD、LCR等测试手段对添加无机填料后的PAN进行了结构与性能的表征,其研究内容包括:（1）无机填料含量对PAN复合纤维膜形貌、压电性能、介电性能,以及传感器器件灵敏度的影响;（2）添加不同无机填料,对PAN复合纤维膜性能的影响;（3）研究了单一填料及双组分填料对PAN复合纤维膜性能的影响,进而探究了双组分填料系统作用的机理。研究结果表明:（1）适量添加KH550改性的Ba Ti O3,复合纤维膜介电性能得到改善,其介电常数由3.40提高到8.52以上,最高可达9.52,但此时由于Ba Ti O3含量过高会导致团聚现象,从而导致介电损耗的大幅提高（可达0.50）,介电损耗的提升将极大地限制其应用,同时Ba Ti O3的加入还赋予复合纤维膜以铁电性能,PAN/Ba Ti O3复合纤维膜的极化强度(Psat)为0.46μC/cm~2是纯PAN纤维膜（0.24μC/cm~2）的近两倍、击穿电场（Eb）为1450 k V/cm远高于纯PAN纤维膜（780 k V/cm）;（2）当PAN浓度保持不变时,通过适量添加IL,复合纤维膜的介电常数可达6.14,在提高PAN复合纤维介电常数的同时,其介电损耗基本保持不变（仅为0.03～0.05）优于PAN/Ba Ti O3体系。当少量添加IL,就会促使PAN纤维产生一定的取向特性,纤维整齐分布在接收器上,并且因为静电场的影响,PAN分子内平面锯齿构象含量均有所提升（＞90%）,最高可达93.08%,可以改善其压电特性,并且由于纤维的取向,复合纤维膜的机械性能得以提升,其杨氏模量为3.88MPa、应变为110%,同时制备的传感器器件的灵敏度可达0.56 k P-1高于PAN/Ba Ti O3体系(0.47 k P-1);（3）添加Fe Cl3·6H2O、IL后,由于溶液电导率的增加,会导致PAN纤维尺寸的减小,大多数情况下纤维直径随添加物含量的增大而增大,但当溶液中带电粒子增多时,纤维直径反而减小,双填料的加入可以大幅提高PAN纤维的介电性能,其介电常数为8.24,而且高于先前单添加IL体系（6.14）,损耗值仍处于较低水平（＜0.05）;（4）添加Eu（NO3）3·6H2O后不仅赋予PAN复合膜以荧光性能,还能提高传感器器件的灵敏度(0.69 k Pa-1),高于单加IL体系(0.56k P-1)和PAN@Fe/IL体系(0.51k P-1)。
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