基本信息
- 項目名稱：
- 靜電紡絲法制備有序排列/交叉結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子微納米纖維器件
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 作品首先采用自制的離心靜電紡絲技術(shù)制備并組裝了有序排列以及交叉結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物納米纖維，并對單根纖維器件的伏安特性，場效應(yīng)和光電效應(yīng)做了測試，證實制備“塑料電子器件”的可行性。
- 詳細介紹：
- 為了探索導(dǎo)電高分子納米纖維組裝電子器件的可行性，本作品提出了一種“離心靜電紡絲”以及導(dǎo)電高分子單體“原位聚合”相結(jié)合的方法，成功制備了有序排列的聚苯胺/聚苯乙烯、聚吡咯/聚苯乙烯微納米復(fù)合半導(dǎo)體纖維，并對單根纖維器件的電學(xué)性能進行了表征。創(chuàng)新點一在于利用“離心力”，降低紡絲“臨界電壓/臨界電場力”，減小電場致纖維鞭動不穩(wěn)定性，并靠轉(zhuǎn)動“刷寫”出平行有序纖維(有序度超過95%，遠大于文獻報道平均70%水平)。創(chuàng)新點二在于導(dǎo)電高分子單體和結(jié)構(gòu)載體高分子混合均勻，經(jīng)過電紡成型后，在電紡纖維高孔隙和比表面積支持下，化學(xué)或電化學(xué)催化氧化聚合得到導(dǎo)電高分子纖維，和傳統(tǒng)“原位聚合”只在載體纖維表面吸附單體聚合相比，得到纖維形貌高度可控，導(dǎo)電性好，易于加工處理。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 為了探索導(dǎo)電高分子納米纖維組裝電子器件的可行性，本作品提出了一種“離心靜電紡絲”以及導(dǎo)電高分子單體“原位聚合”相結(jié)合的方法，成功制備了有序排列的聚苯胺/聚苯乙烯、聚吡咯/聚苯乙烯微納米復(fù)合半導(dǎo)體纖維，并對單根纖維器件的電學(xué)性能進行了表征。創(chuàng)新點一在于利用“離心力”，降低紡絲“臨界電壓/臨界電場力”，減小電場致纖維鞭動不穩(wěn)定性，并靠轉(zhuǎn)動“刷寫”出平行有序纖維(有序度超過95%，遠大于文獻報道平均70%水平)。創(chuàng)新點二在于導(dǎo)電高分子單體和結(jié)構(gòu)載體高分子混合均勻，經(jīng)過電紡成型后，在電紡纖維高孔隙和比表面積支持下，化學(xué)或電化學(xué)催化氧化聚合得到導(dǎo)電高分子纖維，和傳統(tǒng)“原位聚合”只在載體纖維表面吸附單體聚合相比，得到纖維形貌高度可控，導(dǎo)電性好，易于加工處理。
科學(xué)性、先進性
- 納米纖維電子器件是目前納電子學(xué)研究的熱點之一。作品首先采用自制的離心靜電紡絲技術(shù)制備并組裝了有序排列以及交叉結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物納米纖維，并對單根纖維器件的伏安特性，場效應(yīng)和光電效應(yīng)做了測試，證實制備“塑料電子器件”的可行性。本作品提出的利用離心靜電紡絲技術(shù)低成本、高效率組裝納米纖維器件的方法在國內(nèi)外尚未見報道。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 尚未參加其他活動，已提出一項專利申請，目前正撰寫另一份專利申請，和相應(yīng)英文報道論文
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 自用或合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 圖紙，樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本作品利用自制的離心靜電紡絲裝置成功制備了有序排列和交叉結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電聚合物微納米纖維，為低成本、大規(guī)模組裝復(fù)雜的納米纖維器件提供了一種新思路和新技術(shù)。除了有機/高分子納米纖維，本作品提出的離心靜電紡絲組裝技術(shù)也可以用于無機半導(dǎo)體、以及有機-無機異質(zhì)結(jié)納米纖維器件的組裝，具有普適性和推廣前景。
同類課題研究水平概述
- 納米纖維電子器件是目前納電子學(xué)研究的熱點之一。目前制備微納米纖維的主要方法有模板法，化學(xué)氣相沉淀法和靜電紡絲法等。靜電紡絲法早在上世紀三十年代就由一位美國人提出并申請專利，是目前可以連續(xù)大量制備微納米纖維的有效方法，制成的纖維直徑在在幾十到幾千個納米之間。很多材料比如金屬，高分子，陶瓷，生物大分子等等都被通過溶解或者高溫熔融的方法靜電紡成微納米纖維。通過改進紡絲噴頭構(gòu)造或收集方式，可以得到疏松多孔結(jié)構(gòu)微納米纖維（用做細胞培養(yǎng)組織工程支架），同軸結(jié)構(gòu)微納米纖維（用于藥物緩控釋）和有序排列的微納米纖維（多用于制備半導(dǎo)體微納米纖維器件/傳感器）。我們實驗室通過溶解-紡絲-煅燒的方法流程合成了氧化物半導(dǎo)體陶瓷纖維，通過溶解-紡絲-原位聚合-導(dǎo)電摻雜/去摻雜的方法合成了比較難加工的導(dǎo)電高分子微納米纖維。 導(dǎo)電高分子是在上世紀70年代由白川英樹，A.G.McDiarmid和A.Heeger發(fā)現(xiàn)，三人因此在2000年諾貝爾獎。導(dǎo)電聚合物的最大特點是通過控制摻雜，其電導(dǎo)率可以在絕緣體－半導(dǎo)體－金屬態(tài)（10-10-105S/cm）較寬的范圍內(nèi)變化，這是目前任何材料無法比擬的。導(dǎo)電聚合物具有特殊的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能，可應(yīng)用于電致發(fā)光、太陽能電池、場效應(yīng)晶體管和非線性光學(xué)器件等方面；其摻雜后表現(xiàn)出較高的電導(dǎo)率，可以應(yīng)用于防靜電涂層、電磁屏蔽和微波吸收等方面；導(dǎo)電聚合物的摻雜-脫摻雜過程可逆，可以應(yīng)用于制備二次電池、人工肌肉、電子鼻和防腐材料等方面。美國、日本、西歐等國家和地區(qū)正在大力發(fā)展應(yīng)用導(dǎo)電高聚物材料, 并逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)化生產(chǎn)。在日本, 有關(guān)研究課題已被列入通產(chǎn)省“ 世紀產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)研究開發(fā)” 中重點科研項目之一。 目前該領(lǐng)域的進展的存在的問題挑戰(zhàn)是：1）電紡導(dǎo)電聚合物納米纖維的電導(dǎo)率普遍不高，因為纖維中含有不導(dǎo)電的成分2）基于單根纖維的器件：PN整流二極管，場效應(yīng)晶體管，氣體傳感器等均有報道3）文獻里用的都是傳統(tǒng)靜電紡絲技術(shù)，制備的纖維都是無序的，不利于納米纖維器件的組裝4）如何將單根電紡纖維器件組裝起來，構(gòu)成更復(fù)雜的器件元件甚至電路，是目前所有納米電子學(xué)面臨的挑戰(zhàn)，國外已有課題組報道這方面的進展5）我們的研究課題，利用離心靜電紡絲技術(shù)制備有序和交叉結(jié)構(gòu)纖維，就是朝這個方向努力，試圖提供一種解決方案。
