本發(fā)明屬于壓電材料，具體涉及一種用作壓電材料的摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著社會的發(fā)展和人類對健康的重視，開發(fā)適用于智能可穿戴電子設(shè)備的自供電柔性制品對人體運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測具有重要意義。壓電材料是能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的自供電材料，在大幅度的形變下仍能保持電信號輸出，可應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動器、能量收集等。

2、常見的壓電材料包括鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇(batio3)等壓電陶瓷和聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯腈(pan)、聚偏氟乙烯(pvdf)、左旋聚乳酸(plla)等壓電聚合物。壓電材料根據(jù)其壓電原理可分為兩類：一類是通過高電場極化來實現(xiàn)它們的壓電性，以pvdf為例，通常需要在其高溫熔融狀態(tài)下施加電壓使其極化，并在其完全冷卻定型后去除電場作用，才能使極化狀態(tài)得以凍結(jié)，但由于聚合物的松弛特性，這種半永久駐極體并不能長久保持其壓電性能；還有一類壓電聚合物則由手性分子鏈組成，無需外加電場的極化處理，通過機(jī)械作用實現(xiàn)手性中心的旋轉(zhuǎn)即可實現(xiàn)極化，如具有手性重復(fù)單元的聚乳酸可表現(xiàn)出一定的剪切壓電性。雖然第一類壓電陶瓷與壓電聚合物(pvdf等)具有更佳的壓電性能，但是需經(jīng)過外加電場的極化處理才能獲得優(yōu)異的壓電性能；其次，不可降解或難降解的壓電聚合物進(jìn)入自然界循環(huán)后會成為微塑料造成生態(tài)環(huán)境的二次污染，這不僅將隨著化石資源的日益枯竭而難以長久維系，還造成碳排放、白色污染等環(huán)境問題。此外，常見的壓電材料生物相容性差且通常具有較高的生物毒性，難以用于與人體相關(guān)的骨組織修復(fù)、壓電牙齒美白等應(yīng)用。

3、其中，左旋聚乳酸(plla)是重要的可降解生物基壓電聚合物，其壓電性源自分子內(nèi)極性基團(tuán)酯基的旋轉(zhuǎn)。但是目前聚乳酸材料的壓電性能較差，因此為了提高其壓電性能，需要發(fā)展制備性能優(yōu)異的plla壓電材料。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜，通過將離子液體(ils)加入到左旋聚乳酸溶液中，形成復(fù)合紡絲液，經(jīng)靜電紡絲得到摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜。纖維膜內(nèi)纖維直徑較單一左旋聚乳酸減小，直徑更為均一，壓電性能得到顯著提高，從而完成本發(fā)明。

2、本發(fā)明的目的在于提供一種摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜。

3、所述聚乳酸優(yōu)選為左旋聚乳酸。

4、所述離子液體選自咪唑類離子液體和有機(jī)磷酸鹽類離子液體中的一種或幾種。

5、本發(fā)明的目的還在于提供所述摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜的制備方法。所述方法將離子液體(ils)加入到左旋聚乳酸溶液中，得到復(fù)合紡絲液，靜電紡絲得到摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜。

6、本發(fā)明所具有以下有益效果包括：

7、(1)本發(fā)明中使左旋聚乳酸與離子液體混合，形成復(fù)合紡絲液，紡絲得到的壓電纖維膜壓電性能顯著提高，并壓電性能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)左旋聚乳酸在壓電領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，減少傳統(tǒng)壓電聚合物材料的污染性。

8、(2)本發(fā)明中的制備工藝簡單，容易實現(xiàn)和控制，得到的摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜性能容易均一化，有利于實際應(yīng)用。

9、(3)本發(fā)明采用聚乳酸為基底材料，相比聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯腈(pan)、聚偏氟乙烯(pvdf)等聚合物材料，可以實現(xiàn)降解，減少環(huán)境污染，增強(qiáng)材料的生物安全性。

技術(shù)特征：

1.一種摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜，所述聚乳酸為左旋聚乳酸，所述離子液體選自咪唑類離子液體和有機(jī)磷酸鹽類離子液體中的一種或幾種。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電纖維膜，其特征在于，所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑類離子液體和六氟磷酸鹽類離子液體中的一種或幾種，優(yōu)選為1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([emim][pf6])、1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽([emim][cl])、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([emim][bf4])、1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([emim][hso4])、1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([emim][oac])、1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲烷磺酰)亞胺鹽([emim][ntf2])、四乙基六氟磷酸銨([n2222][pf6])、n-乙基吡啶六氟磷酸鹽([epy][pf6])、n-丁基吡啶六氟磷酸鹽([bpy][pf6])、1,3-二甲基咪唑六氟磷酸鹽([mmim][pf6])、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([bmim][pf6])和1-辛基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([omim][pf6])中的一種或幾種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電纖維膜，其特征在于，所述摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜中，纖維直徑為60～500nm，優(yōu)選為80～400nm，更優(yōu)選為100～300nm。

4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜的制備方法，其特征在于，所述方法將離子液體加入到左旋聚乳酸溶液中，得到復(fù)合紡絲液，靜電紡絲得到摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述左旋聚乳酸溶液中，溶劑選自鹵代烷烴類溶劑、醇類溶劑和酰胺類溶劑中的一種或幾種，優(yōu)選選自二氯甲烷、三氯甲烷、二氯乙烷、二氯丙烷、六氟異丙醇和n,n-二甲基甲酰胺中的一種或幾種，更優(yōu)選為二氯甲烷和六氟異丙醇的混合溶劑。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述聚乳酸溶液濃度為0.04-0.6g/ml，優(yōu)選為0.07-0.4g/ml，更優(yōu)選為0.1-0.2g/ml。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述復(fù)合紡絲液中，離子液體濃度為0.3-11wt％，優(yōu)選為0.4-8wt％，更優(yōu)選為0.5-5wt％。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述靜電紡絲過程中，紡絲電壓為10-28kv，優(yōu)選為13-24kv，更優(yōu)選為16-20kv。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述靜電紡絲過程中，紡絲速度為0.04-0.18ml/h，優(yōu)選為0.06-0.15ml/h，更優(yōu)選為0.08-0.12ml/h；紡絲時間為6-16h，優(yōu)選為7-14h，更優(yōu)選為8-12h。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述靜電紡絲過程中，接收輥轉(zhuǎn)速為60-160r/min，優(yōu)選為70-140r/min，更優(yōu)選為80-120r/min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜，將離子液體加入到左旋聚乳酸溶液中，得到復(fù)合紡絲液，經(jīng)靜電紡絲得到。該摻雜離子液體的聚乳酸復(fù)合納米壓電纖維膜制備工藝簡單，容易實現(xiàn)，有效提高了聚乳酸的壓電性能，以滿足人們的使用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：張秀芹,崔萌,谷瀟夏,汪濱,朱燕龍,張城皓,張婧,鄺旻翾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京服裝學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23