Giada等采用鑄態(tài)退火法制備了P(VDF-TrFE)/氮化硼納米管(BNNTs)壓電薄膜,用于SaOS-2類成骨細(xì)胞培養(yǎng),其感應(yīng)電壓促進(jìn)骨細(xì)胞的增殖和分化。
PVDF粉末可溶于一些極性溶劑,常見的有N,N-二甲基乙酰胺(DMAs),二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基-2-吡咯烷酮)等。溶劑在薄膜制備過程具有重要的作用,聚合物分子鏈的遷移率直接受到高分子溶劑和髙分子相互作用的影響,合適的溶劑能夠維持高分子分子鏈的遷移率。選擇合適的溶劑溶解聚合物分子可制備成分布均勻的聚合物構(gòu)型,避免因不合適的溶劑引起的分子聚集。因此,溶劑在薄膜制備中具有重要影響。

在此基礎(chǔ)上,許多方法可用來制備PVDF薄膜,常見的有流延法、旋涂法、靜電紡絲等。
(1)流延法是將制備好的PVDF溶液倒在所制備的收集板上使其自然流平,溶劑蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)PVDF的結(jié)晶。流延法制備過程中的收集板的種類、聚合物濃度、溶劑、烘干溫度都是改變PVDF薄膜晶型的因素。Hari等采用流延法分別制備了純PVDF和PVDF-ZnO薄膜,模具采用玻璃模具,在65°C的真空烘箱中干燥5h,膜干燥后在機(jī)械壓力下放入真空烘箱中于90°C退火4h以改善所制備薄膜的晶型結(jié)構(gòu)。界11等將石墨烯加入PVDF-TrFE中,采用流延法制備了復(fù)合薄膜,后續(xù)進(jìn)行拉伸、熱處理、極化等步驟改善薄膜的晶型及結(jié)晶度。流延法制備PVDF薄膜具有低成本,操作簡便等特點(diǎn),但后續(xù)需要經(jīng)過退火、極化等處理才能獲得壓電性,且無法控制膜厚,膜表面較粗糙。
(2)旋涂法是將制備好的PVDF溶液滴在旋涂機(jī)上,在旋涂機(jī)的高速離心力下溶液在基板表面均勻分散,溶劑蒸發(fā)后形成PVDF薄膜。Cardoso等,將PVDF溶液在1000rpm和80°C的退火溫度下旋涂在基材上,指出了退火溫度和旋轉(zhuǎn)速度的變化對薄膜中卩相含量的影響。Pi等采用旋涂法制備了一種柔性納米發(fā)電機(jī),主要組成部分為P(VDF-TrFE)薄膜,可產(chǎn)生7V的開路電壓,短路電流為58nA,電流密度為0.56nA/cm2。旋涂法相比流延法來說能夠控制薄膜的厚度,但仍需極化才能獲得壓電性,且薄膜表面較為粗糙。

靜電紡絲設(shè)備包含高壓電源、收集器、注射器及金屬材質(zhì)的噴絲針頭,是近幾年提出的一種薄膜的制備方法,靜電紡絲過程中的高電場和聚合物射流特性可產(chǎn)生原位電極化和機(jī)械拉伸,制備出的PVDF納米纖維膜中含有較髙的卩相。此外,靜電紡絲便于制備超薄、柔韌、超輕的壓電薄膜,使其更適用于特定領(lǐng)域。Fang等人制備了一種常規(guī)靜電紡絲PVDF膜型納米發(fā)電機(jī),其中PVDF膜采用靜電紡絲制備而成,PVDF薄膜厚140pm,在電容式能量收集電路的幫助下,輸出的能量足以點(diǎn)亮LED燈。因壓電材料的工作原理與毛細(xì)胞相似,都是作為機(jī)電換能器,因此,PVDF壓電薄膜具有替代毛細(xì)胞功能的潛力。Carlos等采用轉(zhuǎn)盤式靜電紡絲生產(chǎn)制備了鈦酸鋇納米粒子(BTNG)和PVDF的復(fù)合壓電纖維網(wǎng),增加了PVDF傳感器的壓電響應(yīng),可替代毛細(xì)胞功能,在下一代人工耳蝸植入中得到應(yīng)用。靜電紡絲在打印的同時(shí)對薄膜進(jìn)行電暈極化,簡化了工藝步驟,但是靜電紡絲法的噴嘴到收集筒之間的距離較長,容易出現(xiàn)針頭堵塞和“鞭流區(qū)”的不穩(wěn)定性等問題,此外距離過長,PVDF纖維在收集筒上為無序排列,從而影響了其應(yīng)用范圍。3D打印技術(shù),以數(shù)字模型為基礎(chǔ),通過材料的逐層積累最終形成3D實(shí)體,又稱增材制造技術(shù)。
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