高性能聚偏氟乙烯基柔性压电材料的设计策略进展

压电现象在新能源开发、 传感、 医药材料设计及可穿戴电子设备中具有广泛的潜在应用, 并受到普遍重视. 在压电材料中, 聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物因具有良好的柔韧性、 易加工性、 稳定性和生物相容性等优点而备受关注. 本文综合评述了近年来在制备工艺和材料复合两个维度提高PVDF基压电材料输出性能的研究进展. 在研究PVDF压电性原理的基础上, 阐释了流延法、 静电纺丝法、 拉丝法及纳米限域策略等工艺和添加小分子、 高分子、 石墨类粒子及无机纳米粒子等复合策略提升其压电性能的机理. 这些制备工艺的提高和填料的掺杂有助于偶极子的排列和高β相的形成. 最后, 对目前存在的一些挑战进行了概述和讨论, 并对PVDF基材料的发展前景提出展望.     

单轴拉伸对聚偏二氟乙烯薄膜压电响应性能的影响

采用溶液涂覆成膜工艺制备聚偏二氟乙烯(PVDF)薄膜，对其进行单轴拉伸制得不同拉伸比(R=3, 5, 7)的PVDF薄膜.研究了不同拉伸比对薄膜化学结构、结晶行为、铁电性能及压电响应性能的影响，实现了对PVDF结晶相的本征压电响应性能的增强.单轴拉伸使PVDF结晶度提高，同时促使其结晶相由α相向β相转变；拉伸比越大，极性β相相对含量越高，当拉伸比为7时，薄膜β相的相对含量最高达到85.12%，此时薄膜的电输出性能最佳：外加电场为200 MV/m时，其剩余极化强度为2.69μC/cm~2；应变为5%时，其平均闭路电流密度为58.92 nA/cm~2，平均开路电压为89.70 mV.     

离子液体/聚偏氟乙烯纳米纤维的防结冰性能

通过静电纺丝方法制备了掺杂离子液体([BMIM][PF₆])的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维. 研究结果表明, [BMIM][PF₆]与PVDF具有相互作用, 并可促进PVDF形成β相晶体. 在溶剂挥发后, 离子液体存在于PVDF纳米纤维的表面. 纳米纤维中的离子液体含量对复合纳米纤维的表面形态和润湿性具有显著影响. 通过离子液体的引入, 可有效推迟水滴在纳米纤维表面的结冰时间, 降低水滴的结晶温度, 并且降低冰黏附强度. 研究结果显示含有10%[BMIM][PF₆]的PVDF纳米纤维疏水性最高, 并具有优异的防结冰性质.     

β-环糊精的低临界溶解温度现象及其在有序纳米孔道片晶制备中的应用

将β-环糊精(β-CD)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中, 加热至140 ℃后有大量白色晶体析出. 扫描电子显微镜观察发现析出物为β-CD片状结晶. 红外光谱(IR)和核磁共振波谱(NMR)结果证明了片状结晶的化学结构与β-CD原料相同. 热重分析(TGA)和差示扫描量热(DSC)分析结果证明片状结晶的理化性质与β-CD原料相同. X射线衍射分析(XRD)测试结果表明, β-CD片晶的结晶结构与β-CD原料不同. 利用Diamond软件模拟了具有开通管道结晶结构的β-CD晶体的XRD谱图, 发现其与实测的β-CD片晶谱图基本相符, 说明β-CD片晶具有有序纳米开通管道结晶结构. 比表面积测试和酚酞吸附实验进一步证实β-CD片晶具有比β-CD原料更大的比表面积和更好的吸附性能.     

纳米α-Fe2O3/(IPDI-HTPB)复合粒子的制备及其催化性能研究

为改善纳米α-Fe₂O₃在复合推进剂中的分散性，提高其催化性能，选择推进剂的配方组分固化剂异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）为嫁接桥梁，将端羟基聚丁二烯（HTPB）接枝在纳米α-Fe₂O₃粒子的表面，制得纳米α-Fe₂O₃/（IPDI-HTPB）复合粒子.首先研究了IPDI与HTPB反应动力学，优化制备条件；然后采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和热重分析（TGA）等手段对复合粒子的结构进行表征，采用DTA对比了复合前后纳米α-Fe₂O₃粒子对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能的影响.结果表明，依靠IPDI的偶联作用，可将HTPB接枝在纳米α-Fe₂O₃的表面，包覆层厚度约为5 nm，改性后的纳米α-Fe₂O₃/（IPDI-HTPB）复合粒子的分散性大幅提高，纳米α-Fe₂O₃/（IPDI-HTPB）复合粒子对AP的热分解的催化性能也明显优于纯纳米α-Fe₂O₃粒子.     

2-氰基苄基诱导的葡萄糖醛酸β糖苷键立体选择性

以2,3-O-(2-氰基苄基)-4-O-氯乙酰基-β-对甲基苯基-D-葡萄糖醛酸硫苷等7个单糖模块作为糖基供体, 以甲醇等醇类化合物作为糖基受体, 分别在二氯甲烷和甲苯溶剂中进行了糖基化反应, 研究了葡萄糖醛酸C2位引入2-氰基苄基(BCN)以及溶剂效应对糖苷键α/β选择性的影响. 通过对糖基产物的 ¹H NMR, ¹³C NMR和HSQC等谱图分析发现, BCN可以有效提高糖苷键的β选择性, 其中部分糖基化产物的糖苷键α/β比例最高可达1/50. 为磺达肝癸钠分子中葡萄糖醛酸的β糖苷键的构建方法做出了初步探索.     

低压近场静电纺丝ZnO/PVDF复合微米纤维阵列的制备及压力传感性

利用低压近场静电纺丝技术制备了ZnO/PVDF(聚二偏氟乙烯)微米纤维平行阵列, 通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散光谱(EDS)对ZnO/PVDF微米纤维进行了表征. 该复合纤维的平均直径约为40 μm. EDS分析测试证明ZnO纳米颗粒已经掺杂进入了平行微米纤维中. 压电性能和电学性能测试结果表明, ZnO/PVDF微米纤维阵列的压电性能增强. 研究结果表明, 近场电纺丝ZnO/PVDF复合微米纤维阵列在压电型压力传感器和纳米发电机领域具有潜在的应用价值.     

低压近场静电纺丝ZnO/PVDF复合微米纤维阵列的制备及压力传感性（英文）

利用低压近场静电纺丝技术制备了ZnO/PVDF(聚二偏氟乙烯)微米纤维平行阵列,通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能量色散光谱(EDS)对ZnO/PVDF微米纤维进行了表征.该复合纤维的平均直径约为40μm.EDS分析测试证明ZnO纳米颗粒已经掺杂进入了平行微米纤维中.压电性能和电学性能测试结果表明,ZnO/PVDF微米纤维阵列的压电性能增强.研究结果表明,近场电纺丝ZnO/PVDF复合微米纤维阵列在压电型压力传感器和纳米发电机领域具有潜在的应用价值.     

Au@PS纳米颗粒掺杂PDMS/(PVDF-TrFE)复合薄膜的制备及介电-疏水性能

结合乳液聚合和还原法在250 nm的聚苯乙烯(PS)微球表面均匀负载了Au纳米颗粒. 通过溶液共混法, 使Au@PS纳米颗粒与聚二甲基硅氧烷(PDMS)/聚偏氟乙烯-三氟乙烯[P(VDF-TrFE)](质量比为2∶3)均匀混合, 制备出结构致密、 Au@PS均匀分布的微突起的复合薄膜. 研究了不同Au@PS纳米颗粒掺杂量对复合薄膜的结构、 熔融结晶行为和介电疏水特性的影响. 研究发现, Au@PS纳米颗粒的引入阻碍了P(VDF-TrFE)的β相的产生, 但对PDMS/P(VDF-TrFE)复合薄膜的化学健结构没有显著影响; 随着Au@PS纳米颗粒含量的增多, 复合薄膜结晶温度和玻璃化转化温度升高, 熔点略有降低. 由于界面极化和微电容效应协同作用, 掺杂Au@PS复合薄膜的介电常数有显著提升. PS球表面均匀负载的Au纳米颗粒减少了导电网络的构成, 使介电损耗维持在较低值. 掺杂5%(质量分数)Au@PS的复合薄膜介电常数达到22(100 Hz), 分别为纯PDMS和PDMS/P(VDF-TrFE)的8.8倍和3.14倍, 同时具有优异的疏水特性, 接触角达到112.31°.     

固定化金属离子亲和发光二氧化硅纳米粒子的制备及其用于磷酸化蛋白免疫印迹标记

发展了一种能够识别磷酸化蛋白的固定化金属离子亲和发光二氧化硅纳米粒子用于免疫印迹(Western Blot)磷酸化蛋白的标记。首先通过反相微乳液Stöber方法合成了掺杂异硫氰酸荧光素硅烷化衍生物的发光二氧化硅(FITC@SiO₂)球形纳米粒子,粒子平均粒径为60 nm。然后通过共聚反应在FITC@SiO₂纳米粒子表面生成一层聚合物用于保护纳米粒子,并引入N,N-(双羧甲基)-L-赖氨酸功能基团用于螯合金属离子,从而实现固定化金属离子亲和作用。以α-酪蛋白作为实验模型,用高效液相色谱-质谱研究了螯合不同金属离子的发光纳米粒子对磷酸化蛋白的识别作用。结果表明,螯合了Ti⁴⁺金属离子的发光二氧化硅FITC@SiO₂纳米粒子对α-酪蛋白酶解液中的磷酸化肽段的富集作用最强。利用这种发光二氧化硅FITC@SiO₂纳米粒子对磷酸化肽段的特异性识别性能,可用于Western Blot实验中标记磷酸化蛋白的条带。结果显示,α-酪蛋白的电泳条带可以被亲和发光二氧化硅FITC@SiO₂纳米粒子标记,而作为对照的牛血清白蛋白则没有被标记。     

原位生长的α-Fe2O3/ZnO异质纳米棒阵列对乙醇气体的高选择性检测

采用两步溶液法在陶瓷管上原位生长了ZnO纳米棒阵列,然后以ZnO纳米棒为载体,通过水热法在其表面负载α-Fe₂O₃纳米粒子,生成异质α-Fe₂O₃/ZnO复合纳米材料。 α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒直径30~80 nm,长1 μm左右,交叉排列形成纳米棒阵列,α-Fe₂O₃纳米粒子粒径约10 nm,均匀分布在ZnO纳米棒表面。 将纯ZnO和α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒阵列制成气敏元件,测试并对比了2种气敏元件的气敏性能,揭示其气敏机理。 结果表明:α-Fe₂O₃纳米粒子的复合显著提高了ZnO纳米棒阵列对乙醇气体的灵敏度和选择性,在工作温度370 ℃时,对100 μL/L乙醇气体的响应值为85.4,是同条件下ZnO器件对乙醇响应值(9.4)的9.1倍,响应时间7 s,最低检出限为0.01 μL/L。 相关研究可以应用于痕量乙醇的快速、高灵敏度和高选择性检测。     

质子化g-C3N4/β-SiC复合材料的制备及光催化降解茜素红性能

分别采用热解法和溶胶-凝胶-碳热还原法合成了石墨相氮化碳(g-C₃N₄)和纳米级碳化硅(β-SiC), 通过浸渍-热处理法将两者复合并通过浓盐酸质子化, 分别制备了g-C₃N₄/β-SiC和质子化g-C₃N₄/β-SiC(P-g-C₃N₄/β-SiC)复合光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光光谱(PL)等对样品进行了表征. 结果表明, P-g-C₃N₄/β-SiC复合材料的比表面积增大, 光生电子-空穴对的复合几率降低, 光催化性能明显提高. 在光催化降解染料茜素红(ARS)研究中, 样品的可见光催化活性顺序为P-g-C₃N₄/β-SiC>g-C₃N₄/β-SiC>P-g-C₃N₄>g-C₃N₄>β-SiC. 其中P-g-C₃N₄/β-SiC在60 min内对ARS的降解效率高达99.9%, 符合准一阶动力学模型, 速率常数为0.0967 min ^-1, 且循环使用9次后, 光催化降解效率仍保持97.5%以上.     

薤中新的甾体皂苷类化学成分

从薤(Allium chinense G. Don)的乙醇提取物中分离得到6个新甾体皂苷类化合物, 通过波谱数据及理化性质分析, 鉴定其分别为5α-cholano-22,16-内酯-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→2)-[β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)]-β-D-吡喃葡萄糖基(1→4)-β-D-吡喃半乳糖苷(1)、 6-酮-5α-cholano-22,16-内酯-3-O-β-D-吡喃木糖基-(1→4)-[α-L-吡喃阿拉伯糖基-(1→6)]-β-D-吡喃葡萄糖苷(2)、 (25R)-26-O-β-D-吡喃葡萄糖基-5α-呋喃甾烷-3β,26-二醇-3-O-β-D-吡喃葡萄糖基-(1→2)-[β-D-吡喃葡萄糖基-(1→3)]-β-D-吡喃葡萄糖基(1→4)-β-D-吡喃半乳糖苷(3)、 (25R)-6-酮-26-O-β-D-吡喃葡萄糖基-5α-呋喃甾烷-3β,22α,26-三醇-3-O-α-L-吡喃木糖基-(1→4)-β-D-吡喃葡萄糖苷(4)、 (25R)-6-酮-5α-呋喃甾烷-3β,22α,24β,26-四醇-3-O-β-D-吡喃木糖基-(1→4)-[α-L-吡喃阿拉伯糖基-(1→6)]-β-D-吡喃葡萄糖苷(5)和(25R)-5α-呋甾-2α,3β,22α, 26-四醇-26-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(6). 化合物1和2的皂苷元骨架在天然产物中首次分离得到. 选用H₂O₂诱导PC12细胞神经氧化损伤模型, 初步考察了6种新的呋甾型化合物的抗氧化活性, 实验结果表明, 化合物3对由H₂O₂诱导的细胞氧化损伤有显著的保护效果.     

离子液体/聚偏氟乙烯纳米纤维的防结冰性能（英文）

通过静电纺丝方法制备了掺杂离子液体([BMIM][PF_6])的聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维.研究结果表明,[BMIM][PF_6]与PVDF具有相互作用,并可促进PVDF形成β相晶体.在溶剂挥发后,离子液体存在于PVDF纳米纤维的表面.纳米纤维中的离子液体含量对复合纳米纤维的表面形态和润湿性具有显著影响.通过离子液体的引入,可有效推迟水滴在纳米纤维表面的结冰时间,降低水滴的结晶温度,并且降低冰黏附强度.研究结果显示含有10%[BMIM][PF_6]的PVDF纳米纤维疏水性最高,并具有优异的防结冰性质.     

地奥心血康中的两个新甾体皂苷

通过正相和反相硅胶柱层析, 从地奥心血康药粉的正丁醇萃取物中分离纯化出2个微量的新甾体皂苷, 通过MS和NMR(包括HMQC, HMBC和NOESY)等波谱解析, 结合化学降解分析将其结构鉴定为3β,26-二醇-25(R)-Δ^5,20(22)-二烯-呋甾-26-O-β-D-吡喃葡萄糖苷(1)和26-O-β-D-吡喃葡萄糖基-3β,20α,26-三醇-25(R)-Δ^5,22-二烯-呋甾-3-O-α-L-吡喃鼠李糖基(1→2)-[α-L-吡喃鼠李糖基(1→4)]-β-D-吡喃葡萄糖苷(2).     

PMMA/PVDF共混对PVDF的β相构型影响的研究

采用溶液法制备了不同含量的聚甲基丙烯酸甲酯/聚偏二氟乙烯(PMMA/PVDF)共混薄膜,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、和差热分析法(DSC)对共混薄膜的结晶行为进行了分析。结果表明,共混物中PMMA的含量对PVDF的β相构型有明显影响:PMMA/PVDF=30/70共混物中β相含量最高。为提高PVDF薄膜的铁电性能提供了新的研究方法。     

金纳米粒子杂化超分子水凝胶的制备与性能

在制备水溶性硫辛酸酯封端的甲氧基聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物(MPEG-PCL-ALA)单层包覆金纳米粒子的基础上, 在水溶液中, 利用α-环糊精(α-CD)与单层包覆金纳米粒子的包合作用构建杂化超分子水凝胶. 透射电子显微(TEM)照片显示, 金纳米粒子的尺寸为6～8 nm. X射线衍射测试表明, 所制备的水凝胶中含有α-环糊精与MPEG-PCL嵌段共聚物包合形成的多聚准轮烷的特征衍射峰(2θ＝19.7°). 紫外-可见吸收光谱显示, 单层包覆金纳米粒子的水溶液及其与α-CD包合形成的水凝胶在525 nm处均出现表面等离子共振吸收峰, 单层包覆金纳米粒子溶液存放3个月后, 其表面等离子共振吸收峰未发生明显红移, 表明单层包覆金纳米粒子的水溶液具有较好的稳定性.     

增强复合静电纺纳米纤维膜

静电纺丝纳米纤维膜具有孔隙率高、孔径小、透气性好等优良性能。但由于纤维太细,且纤维间没有有效的粘结,其强度较低,严重限制了它的应用。本文采用高/低熔点热熔性的两种高聚物进行混合静电纺丝,制备了聚丙烯腈/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PAN/PVDF-HFP)、聚偏氟乙烯/聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF/PVDF-HFP)复合纳米纤维膜,并通过110℃、3MPa、5min的热压后处理,使PVDF-HFP部分熔融,制得具有点粘结的增强复合纳米纤维膜。测试结果显示,较处理前,增强PAN/PVDF-HFP、PVDF/PVDF-HFP复合纳米纤维膜的拉伸断裂强度分别提高了923.1%和665.7%,达到17.8MPa和26.9MPa,且同时保留了优良的孔隙率与透气性能。     

β位取代基对咔咯锰(Ⅴ)氧配合物电子吸收光谱的影响

采用含时密度泛函理论(TDDFT)和B3LYP方法对一系列β位咔咯锰(Ⅴ)氧配合物的几何结构、前线轨道、自然键轨道和电子吸收光谱进行了计算。并探讨了β位取代基对咔咯锰(Ⅴ)氧配合物电子吸收光谱的影响。结果显示β位取代基效应中的空间效应是能导致该体系电子吸收光谱Soret带和Q带红移。β位取代基的空间位阻大时,导致配合物的咔咯环产生严重扭曲,引起Soret带和Q带吸收峰的ΔE能隙减小,导致Soret带和Q带发生红移。     

TIPS法制备聚偏氟乙烯平板微孔膜及其表征

以邻苯二甲酸二甲酯(DMP)为稀释剂,采用热致相分离法(TIPS)制备了聚偏氟乙烯(PVDF)平板微孔膜。利用差示扫描量热仪分析了不同PVDF/DMP体系的结晶性能;通过测试纯水通量、孔隙率、泡点、平均孔径、拉伸强度等对膜进行了表征。结果表明:DMP含量增大,结晶温度向低温方向移动,膜拉伸强度降低,当DMP的质量分数为0.70时膜拉伸强度有明显拐点;PVDF/DMP体系冷却发生固-液相分离;PVDF含量增大,膜水通量、孔隙率、最大孔径和平均孔径均减小。