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PVDF薄膜制备技术从溶剂到3D打印

来源:杰呈3D打印 发布时间:2025-09-22 14:10:17 浏览次数:0
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Giada等采用铸态退火法制备了P(VDF-TrFE)/氮化硼纳米管(BNNTs)压电薄膜,用于SaOS-2类成骨细胞培养,其感应电压促进骨细胞的增殖和分化。

PVDF粉末可溶于一些极性溶剂,常见的有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。溶剂在薄膜制备过程具有重要的作用,聚合物分子链的迁移率直接受到高分子溶剂和髙分子相互作用的影响,合适的溶剂能够维持高分子分子链的迁移率。选择合适的溶剂溶解聚合物分子可制备成分布均匀的聚合物构型,避免因不合适的溶剂引起的分子聚集。因此,溶剂在薄膜制备中具有重要影响。

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在此基础上,许多方法可用来制备PVDF薄膜,常见的有流延法、旋涂法、静电纺丝等。

(1)流延法是将制备好的PVDF溶液倒在所制备的收集板上使其自然流平,溶剂蒸发实现PVDF的结晶。流延法制备过程中的收集板的种类、聚合物浓度、溶剂、烘干温度都是改变PVDF薄膜晶型的因素。Hari等采用流延法分别制备了纯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,膜干燥后在机械压力下放入真空烘箱中于90°C退火4h以改善所制备薄膜的晶型结构。界11等将石墨烯加入PVDF-TrFE中,采用流延法制备了复合薄膜,后续进行拉伸、热处理、极化等步骤改善薄膜的晶型及结晶度。流延法制备PVDF薄膜具有低成本,操作简便等特点,但后续需要经过退火、极化等处理才能获得压电性,且无法控制膜厚,膜表面较粗糙。

(2)旋涂法是将制备好的PVDF溶液滴在旋涂机上,在旋涂机的高速离心力下溶液在基板表面均匀分散,溶剂蒸发后形成PVDF薄膜。Cardoso等,将PVDF溶液在1000rpm和80°C的退火温度下旋涂在基材上,指出了退火温度和旋转速度的变化对薄膜中卩相含量的影响。Pi等采用旋涂法制备了一种柔性纳米发电机,主要组成部分为P(VDF-TrFE)薄膜,可产生7V的开路电压,短路电流为58nA,电流密度为0.56nA/cm2。旋涂法相比流延法来说能够控制薄膜的厚度,但仍需极化才能获得压电性,且薄膜表面较为粗糙。

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静电纺丝设备包含高压电源、收集器、注射器及金属材质的喷丝针头,是近几年提出的一种薄膜的制备方法,静电纺丝过程中的高电场和聚合物射流特性可产生原位电极化和机械拉伸,制备出的PVDF纳米纤维膜中含有较髙的卩相。此外,静电纺丝便于制备超薄、柔韧、超轻的压电薄膜,使其更适用于特定领域。Fang等人制备了一种常规静电纺丝PVDF膜型纳米发电机,其中PVDF膜采用静电纺丝制备而成,PVDF薄膜厚140pm,在电容式能量收集电路的帮助下,输出的能量足以点亮LED灯。因压电材料的工作原理与毛细胞相似,都是作为机电换能器,因此,PVDF压电薄膜具有替代毛细胞功能的潜力。Carlos等采用转盘式静电纺丝生产制备了钛酸钡纳米粒子(BTNG)和PVDF的复合压电纤维网,增加了PVDF传感器的压电响应,可替代毛细胞功能,在下一代人工耳蜗植入中得到应用。静电纺丝在打印的同时对薄膜进行电晕极化,简化了工艺步骤,但是静电纺丝法的喷嘴到收集筒之间的距离较长,容易出现针头堵塞和“鞭流区”的不稳定性等问题,此外距离过长,PVDF纤维在收集筒上为无序排列,从而影响了其应用范围。3D打印技术,以数字模型为基础,通过材料的逐层积累最终形成3D实体,又称增材制造技术。


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