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基本信息
- 項(xiàng)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
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)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(duì)單根纖維器件的伏安特性，場(chǎng)效應(yīng)和光電效應(yīng)做了測(cè)試，證實(shí)制備“塑料電子器件”的可行性。
- 詳細(xì)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(duì)單根纖維器件的電學(xué)性能進(jìn)行了表征。創(chuàng)新點(diǎn)一在于利用“離心力”，降低紡絲“臨界電壓/臨界電場(chǎng)力”，減小電場(chǎng)致纖維鞭動(dòng)不穩(wěn)定性，并靠轉(zhuǎn)動(dòng)“刷寫”出平行有序纖維(有序度超過(guò)95%，遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)報(bào)道平均70%水平)。創(chuàng)新點(diǎn)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(guò)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 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(duì)單根纖維器件的電學(xué)性能進(jìn)行了表征。創(chuàng)新點(diǎn)一在于利用“離心力”，降低紡絲“臨界電壓/臨界電場(chǎng)力”，減小電場(chǎng)致纖維鞭動(dòng)不穩(wěn)定性，并靠轉(zhuǎn)動(dòng)“刷寫”出平行有序纖維(有序度超過(guò)95%，遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)報(bào)道平均70%水平)。創(chuàng)新點(diǎn)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(guò)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(jìn)性
- 納米纖維電子器件是目前納電子學(xué)研究的熱點(diǎn)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(duì)單根纖維器件的伏安特性，場(chǎng)效應(yīng)和光電效應(yīng)做了測(cè)試，證實(shí)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(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 尚未參加其他活動(dòng)，已提出一項(xiàng)專利申請(qǐng)，目前正撰寫另一份專利申請(qǐng)，和相應(yīng)英文報(bào)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(kāi)發(fā)
作品可展示的形式
- 圖紙，樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(jī)/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(wú)機(jī)半導(dǎo)體、以及有機(jī)-無(wú)機(jī)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(diǎn)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(jì)三十年代就由一位美國(guó)人提出并申請(qǐng)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(gè)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(guò)溶解或者高溫熔融的方法靜電紡成微納米纖維。通過(guò)改進(jìn)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(xì)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(shí)驗(yàn)室通過(guò)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(guò)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(jì)70年代由白川英樹(shù)，A.G.McDiarmid和A.Heeger發(fā)現(xiàn)，三人因此在2000年諾貝爾獎(jiǎng)。導(dǎo)電聚合物的最大特點(diǎn)是通過(guò)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(wú)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(yáng)能電池、場(chǎng)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(guò)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(guó)、日本、西歐等國(guó)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(jì)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)” 中重點(diǎn)科研項(xiàng)目之一。 目前該領(lǐng)域的進(jìn)展的存在的問(wèn)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?yàn)槔w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(chǎng)效應(yīng)晶體管，氣體傳感器等均有報(bào)道3）文獻(xiàn)里用的都是傳統(tǒng)靜電紡絲技術(shù)，制備的纖維都是無(wú)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(lái)，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(guó)外已有課題組報(bào)道這方面的進(jìn)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(gè)方向努力，試圖提供一種解決方案。
