PLLA/ZnO复合纳米纤维压电性能的研究任务书

 2021-09-22 12:09

1. 毕业设计(论文)主要内容:

通常,聚偏氟乙烯(PVDF)压电聚合物材料是传感器、换能器和能量采集应用中最常用的材料。然而,PVDF在温度高于75 ℃时会丧失压电性。聚左旋乳酸(PLLA)是一种具有生物相容性、无毒性、可吸收和可生物降解的压电聚合物材料,其原材料广泛、经济和环保,可以通过乳酸单体进行开环聚合来合成,而单体可以通过细菌发酵从糖和淀粉中提取,因此对PLLA的相关研究具有重要的实际意义。但是与常用的PVDF相比,PLLA的压电特性远不及其优良。具有生物相容性、易制备的金属氧化物氧化锌(ZnO)纳米颗粒对PLLA的性能有一定影响。经过处理的PLLA具有优良的压电特性,可以用于纳米传感器、驱动器和能量收集等应用。利用静电纺丝技术将ZnO纳米粒子与PLLA相结合,来制备具有特殊结构和良好压电性能的PLLA/ZnO复合纳米纤维膜。静电纺丝技术是一种基于在几千至几万伏的高压静电场中,利用导电流体产生高速喷射的原理来制备电纺纤维直径通常介于数十纳米至数微米之间的简易高效技术。与传统方法(如粒子致孔法、相分离法等)制备的多孔材料不同,由静电纺丝技术制备出的纤维材料不仅纤维直径小、比表面积大、孔隙率高和具有相互连通的三维网状结构。在不同的质量比下ZnO纳米颗粒对PLLA压电性能的影响是不同的。其压电性能的研究也对一些相关的应用,例如:药物载体、创伤修复、骨骼愈合等等有帮助。

实验中采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、扫描电子显微镜(SEM)、孔隙率测试、力学测试、电输出测试(开路电压和短路电流)等表征方法研究PLLA/ZnO复合纳米纤维膜的形貌结构、结晶行为、热学性能、孔隙率、力学性能、电学性能等。研究ZnO纳米颗粒对PLLA压电性能的影响并最终确定出最佳ZnO纳米颗粒质量比。

设计(论文)主要内容:

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2. 毕业设计(论文)主要任务及要求

1.查阅不少于15篇相关文献资料,其中近5年英文文献不少于3篇,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;

2.完成不少于5000字的英文文献翻译;

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3. 毕业设计(论文)完成任务的计划与安排

第1-3周:查阅不少于15篇相关文献资料,其中近5年英文文献不少于3篇,了解国内外相关研究概况和发展趋势,了解选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响,完成开题报告;

第4-8周:按照设计方案,制备PLLA/ZnO复合纳米纤维膜。

第9-12周:采用FTIR、XRD、DSC、SEM、孔隙率测试、力学测试、电输出测试(开路电压和短路电流)等测试方法对材料形貌结构、结晶行为、热学性能、孔隙率、力学性能、电学性能等进行表征,探讨ZnO纳米颗粒对PLLA压电性能的影响和最佳ZnO纳米颗粒质量比。

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4. 主要参考文献

[1]Yan, J., et al., Performance enhancementsin poly(vinylidene fluoride)-based piezoelectric nanogenerators for efficientenergy harvesting. Nano Energy, 2019. 56: p. 662-692.

[2] [2]Deng,W., et al., Cowpea-structured PVDF/ZnO nanofibersbased flexible self-powered piezoelectric bending motion sensor towards remotecontrol of gestures. NanoEnergy, 2019. 55: p. 516-525.

[3] [3]Tandon, B., J.J. Blaker, and S.H. Cartmell,Piezoelectric materials as stimulatory biomedical materials and scaffolds forbone repair. Acta Biomaterialia, 2018. 73: p. 1-20.

[4] [4]Barroca,N., et al., Electrically polarized PLLA nanofibers as neural tissue engineeringscaffolds with improved neuritogenesis. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,2018. 167: p. 93-103.

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