A Novel Method to FabricateTwo-dimensional Nanomaterial Based Electrospinning

一种基于静电纺丝法制备二维纳米填料的研究

Wenjing Ji, GuojieZhao, Cong Guo, Li Fan, HuaDeng*, Qiang Fu*

§ These two authors contributed equally to this work (co-first author)

      该研究通过静电纺丝法制备了一种具有二维片层结构二氧化钛纳米片，并与聚偏氟乙烯进行复合制备出了具有高能量密度的复合介电材料（图1）。在片层结构二氧化钛纳米片含量仅为3 vol%时，该复合薄膜不仅具有优异柔韧性和力学性能，并且保持有原本优异的介电损耗和储能性质。相关研究成果发表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing上。

图1 静电纺丝过程中纺丝横截面变化图

      本文不仅对纺丝的后处理和表面改性进行全面研究和探索，还将 PDA@TiO2-TDNBs 填料与聚合物 PVDF 进行复合，针对复合薄膜进行了介电性能的研究。通过对比不同填料浓度下复合材料的介电性能,得到了最佳填料浓度为3 vol%。为了更准确的展现出复合材料的性能优势，将二维和一维二氧化钛纳米填料的介电性能进行对比，通过测试结果发现二维纳米结构在制备复合材料时能赋予材料高击穿强度、低介电损耗以及高储能密度等优势。其中 3 vol％-PDA@TiO2-TDNBs/PVDF 复合材料的能量密度可达到 12.45J/cm3，是纯 PVDF 的 350％，是一维填料 3 vol％-TiO2-1D/PVDF 的两倍多（图3）。并且，从多方面证实PDA@TiO2-TDNBs/PVDF 复合材料介电性能的提高主要依赖于填料的二维结构。本章意在充分展现静电纺丝法制备的二维无机纳米填料的介电应用，凸显其二维形貌的特殊优势。同时，也希望这种制备方法能够拓展应用到更多更广的材料中，如BaTiO3，BaSrxTiOy 等。这将使静电纺丝法制备二维纳米材料的应用得到更广的拓展。

图2静电纺丝二维纳米片层结构及其放大图(a)(b)(c)，静电纺丝薄膜实物图（d）,静电纺丝工艺条件对纺丝形貌的影响图（e）.

图3  PDA@TiO2-TDNBs/PVDF 复合材料的各项介电性能，（a）介电常数（b）介电损耗（c）高压击穿性能（d）击穿强度和储能密度对比图（e）D-E loop 电滞回线图（f）能量密度和击穿性能对比图

  相关成果以标题为“A Novel Method to Fabricate Two-dimensional Nanomaterial Based Electrospinning”发表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing (Composites Part A,2021)四川大学高分子学院的戢文静博士和赵国杰博士为本论文共同第一作者，通讯作者为四川大学高分子学院的傅强教授和邓华教授。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2021.106275