Page 66 - 《精细化工》2020年第12期
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·2428·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

                 取向方法对取向后纳米纤维性能有较大影响。                          纤维导电性较随机 PAN/Gr 纤维进一步提升                [11] 。所
                   [9]
            KIM 等 分别采用磁场法和平行板电极法制备了取                           以，在掺杂导电物质的基础上再取向电纺得到的纳
            向纤维素纳米纤维，磁场法制备的纤维取向系数为                             米纤维，作为电极材料时，其应用在能源电池或超
            0.56，平行板电极法制备的纤维取向系数为 0.59。                        级电容器上可以改善整体的电化学性能。用于电催
            拉伸实验表明，采用平行板电极法制备的取向纤维                             化氧化阳极材料时，可提升电流密度，减少能量消
            的机械性能（杨氏模量、拉伸强度、屈服强度和韧                             耗，提高污染物降解效率。
            性）均高于采用磁场法制备的取向纤维。此外，为                                 此外，取向纳米纤维膜作为质子交换膜时，纳
            了进一步提升纤维的取向度和结晶度，对取向纤维                             米纤维的有序排列能降低膜的内阻，提高质子的电
            进行热拉伸处理也有利于改善纤维的性能。SONG                            荷传输效率。如燃料电池在高温、无水条件下工作，
            等 [10] 利用滚筒法在 2475 r/min 转速下收集 PAN 纤               为提高燃料电池中质子交换膜的导电性，WU 等                     [15]
            维，再进行热拉伸，热拉伸后纳米纤维的拉伸强度                             以金属有机骨架化合物（MOFs）和磺化聚芳醚砜酮
            和杨氏模量明显改善，力学性能得到提升。目前，                             （SPPESK）合成了一种膜内纳米纤维，其具有明显
            由于对纳米纤维基材料性能的要求越来越高，改进                             的取向结构，以其作为质子交换膜，如图 3 所示，
            取向方法是获得高性能取向纤维的可行性方案。                              任何温度下，取向纤维的质子导电率均高于无取向
                                                               纤维，在 160  ℃和无水条件下，其质子电导率高达
            2   电纺纳米纤维的特性                                      (8.20±0.16)×10  S/cm。
                                                                            –2

            2.1   导电性能
                 静电纺丝技术制备的纳米纤维由于纺丝液种类
            不同，其导电性也存在差异，并且电纺纳米纤维显
            示出随机取向结构和低取向度，导电性较弱                     [11] 。通
            过改进技术获得良好取向结构的纳米纤维可促进导
            电性提升，更好地应用于材料领域。
                 宋岩华   [12] 在相同单壁碳纳米管（SWNTs）浓度
            下，通过改进的平行电极法（MPEM）收集取向
            SWNTs/PAN 纤维膜 的导电性 明显优于 随机
            SWNTs/PAN 纤维。SAKAMOTO 等         [13] 通过静电纺聚
                                                               图 3   取向、无取向纳米纤维膜在无水条件下依赖温度的
            乙烯-醋酸乙烯酯（PEVA）纤维引导 CNT 形成取向                             质子导电率    [15]
            结构，用吡咯喹啉醌葡萄糖脱氢酶（PQQ-GDH）修                          Fig.  3  Temperature-dependent proton conductivities of
            饰后进行电化学评价。在葡萄糖底物存在的条件下，                                   oriented and disordered nanofiber membranes under
                                                                      anhydrous condition [15]
            取向 CNT 电极产生的催化电流高于随机 CNT 电极。
            此外，ZHANG 等       [14] 研究也表明，取向的氮、铁掺                2.2   压电性能
            杂的碳球/碳纳米纤维（NFe-CS/CNF）复合材料的                            在众多智能电传感器材料中，有机压电纳米纤
            导电性优于随机的 NFe-CS/CNF 复合材料。综上所                       维具有结构柔韧性、生物相容性和连续的纳米纤维
            述，取向纳米纤维的导电性能强于随机纳米纤维，                             结构，作为压电传感器材料，可以检测生物体内较
            原因是取向纤维具有较小的电荷转移内阻，促进了                             小的压力，促进压力-电之间的快速传递，良好的压
            纤维界面处的电荷转移，从而提高了导电性。                               电性能是衡量压电传感器灵敏度的重要指标。因此，
                 因此，可以通过制备取向纳米纤维来增强纤维                          可通过增加有机压电纳米纤维取向度来增强压电性
            导电性，这是上述研究的创新点。此外，掺杂导电                             能，从而提高压电传感器的灵敏度。
            性物质也可提高导电性，但可能会面临掺杂物分布                                 核/壳结构的聚偏二氟乙烯（PVDF）/盐酸羟胺
            不均匀的问题。通过电纺含导电物质的纳米纤维并                             （HHE）有机压电纳米纤维是通过控制富含 β 相的
            制备成取向纳米纤维，可使导电物质在纤维上分布                             纳米晶体的取向来提升压力-电传递效率，所得的
            均匀且排列整齐，同时克服了纤维本身导电性较弱                             PVDF/HHE 有机压电纳米纤维取向度提高，表现出
            的问题。石墨烯（Gr）具有优良的导电性能，利用                            优良的压电特性       [16] 。PERSANO 等  [17] 介绍了一种大
            平行电极法制备了具有纳米孔的取向 PAN/Gr 纳米                         面积的柔性压电材料，通过静电纺丝制备取向
            纤维，该方法不仅可以引导 Gr 纳米颗粒进入纳米孔                          PVDF-三氟乙烯（TrFE）纳米纤维基高性能压电器
            且整齐排列在纤维上，而且炭化后，取向 PAN/Gr                          件材料，这种材料具有特殊的压电特性，即使在极
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