一种DA@Ag@BCZT/PVDF柔性压电复合纤维薄膜的制备方

本发明属于压电柔性功能器件，具体涉及压电陶瓷纳米颗粒的制备，复合纤维薄膜的制备及纳米发电机和催化灭菌应用。背景技术：1、正在探索能够最大限度减少活性病毒病原体存在的表面和涂层，以便在各种环境中应用，如医疗中心、长期护理设施、公共交通、学校和各种企业，以减少人类接触和减轻传染性病原体的传播。2、频繁使用抗生素治疗细菌感染和疾病，促进细菌对抗生素的耐药性增加，这可能会对人类健康造成问题。因此，需要在不使用任何抗生素的情况下开发新的替代抗菌剂的方法。开发不同纳米抗菌的压电复合材料作为一种可能的途径已被广泛研究。利用压电薄膜产生的电子和空穴诱导产生活性氧(ros)。在与细菌相互作用的过程中，ros会诱导脂膜多不饱和磷脂成分的过氧化，促进细胞呼吸的破坏，从而破坏细菌。3、压电材料被认为是传感、驱动等智能结构的原材料。这些介电材料具有非中心对称的晶体结构，在没有任何外部刺激的情况下具有非零极化。压电器件有压电二极管、压电场效应晶体管和压电光电子器件。研究人员对压电催化进行了广泛的探索，并从水处理、空气净化、自洁材料和细菌消毒等方面对大量压电材料进行了研究。被广泛研究的压电陶瓷有zno、batio3、linbo3和tio2，这类材料在压电催化灭菌领域也表现出独特的性能。铁电材料具有压电效应，使用超声机械振动可使表面电位提高数倍。但是传统的压电陶瓷不具有良好的柔韧性能并且不便于回收，pvdf这种新兴的压电聚合物能较好地解决此类问题。因此，开发pvdf基压电复合柔性材料具有重要意义。4、将压电系数较高的bczt陶瓷纳米颗粒与柔韧性好和环境友好型的pvdf压电聚合物结合起来，可以获得压电性能较好柔性压电复合材料，这种材料兼具了柔韧性、可回收性和压电性能好的优点。bczt压电陶瓷比传统的batio3压电陶瓷压电系数有着极大的提升。研究人员不断地优化静电纺丝过程的工艺参数，改善静电纺丝溶液的配方，使得制备出来的纤维薄膜压电和催化灭菌性能最佳。技术实现思路1、本发明的目的为提供一种dabczt/pvdf柔性压电复合纤维薄膜的制备方法及其纳米发电机和催化灭菌应用。该柔性复合纤维薄膜由静电纺丝法制备而成，基体材料为pvdf,掺杂材料为dabczt/pvdf复合陶瓷粉体，此方法制备的薄膜具有良好的压电性能和柔韧性，且经多巴胺(da)功能化后的ag@bczt与基体相容性良好，进一步促进了柔性复合纤维薄膜的压电性能。2、以下为技术方案：3、一种dabczt/pvdf柔性压电复合纤维薄膜，包括：dabczt为纤维薄膜的无机填料，pvdf聚合物为基体材料，其中，dabczt的填充量为2、4、6、8、10wt％，dabczt/pvdf柔性压电复合纤维薄膜的厚度为150-250μm。4、一种dabczt/pvdf柔性压电复合纤维薄膜具体制备方法包括：5、步骤一、将10.923g质量比为9.738：1.185的乙酸钡和乙酸钙一水合物混合物与35ml体积比为24：11的冰乙酸和去离子水混合，得到溶液a；将15.79ml体积比为2.05：13.74的正丁醇锆和钛酸四丁酯混合，加入23ml乙二醇乙醚作为溶剂，2.5ml的乙酰丙酮作为螯合剂，从而得到溶液b；将溶液a逐滴加入至溶液b中，搅拌过夜至溶胶变为凝胶，将湿凝胶干燥后研磨，并在1000℃高温下煅烧9h，研磨后得到bczt陶瓷纳米颗粒。6、步骤二、利用光还原法制备ag@bczt复合陶瓷粉末。在黑暗环境下将bczt粉末倒入0.1mol/l的agno3溶液中，使用2w紫外光源在烧杯上方距离3cm处进行照射10min，将ag@bczt复合陶瓷粉末洗涤烘干，得到ag@bczt复合陶瓷粉末。7、步骤三、将ag@bczt陶瓷粉末放入0.01mol/l多巴胺盐酸盐水溶液中，加热温度为50℃，经300rpm搅拌12h后，多巴胺均匀的包覆在ag@bczt粉体表面，将dabczt粉体干燥得到干燥的粉体。8、步骤四、静电纺丝法制备pvdf柔性复合纤维薄膜。将dabczt纳米颗粒均匀分散于pvdf溶液之中，经过静电纺丝机制备后得到dabczt/pvdf柔性压电复合纤维薄膜。9、可选的，所述的步骤四具体包括：10、将dabczt陶瓷粉末均匀分散于pvdf溶液之中，搅拌超声分散1h，可选的，pvdf相对于有机溶剂dmf和丙酮质量分数为20wt％，有机溶剂为体积比为3：2的n,n-二甲基甲酰胺和丙酮。将纺丝液注入注射器中，利用静电纺丝机所施加18kv电压制备薄膜，在滚筒收集器上将柔性复合纤维薄膜剥落下来。11、在步骤四中，获得了2、4、6、8、10wt％不同质量分数掺杂的dabczt/pvdf柔性复合纤维薄膜。12、一种纤维薄膜柔性纳米发电机，在本发明所述的大dabczt/pvdf柔性复合纤维薄膜两侧添加pet-ito电极，最终并用聚酰亚胺(pi)胶带进行封装，最终获得“三明治”结构的压电纳米发电机。13、一种压电催化灭菌薄膜，将所制备的dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜浸入亚甲基蓝和罗丹明b染料溶液和大肠杆菌、金黄色葡萄球菌悬浮液中进行催化灭菌应用。技术特征：1.一种dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜，其特征在于：以表面功能化的银修饰锆钛酸钡钙陶瓷daba0.85ca0.15zr0.1ti0.9o3即dabczt为无机掺杂填料，聚偏氟乙烯(pvdf)聚合物为基体材料，利用静电纺丝法将dabczt颗粒掺杂入pvdf基体中。2.根据权利要求1所述的一种dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜，其特征在于dabczt无机掺杂填料填充量相对于pvdf粉末的质量为2-10wt％，薄膜的厚度为150μm-250μm。3.制备如权利要求1或2所述的一种dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜的方法，其特征在于，包括：4.根据权利要求3所述的dabczt/pvdf柔性复合纤维薄膜的制备方法，其特征在于，所述的步骤四具体包括：5.一种压电纳米发电机，其特征在于，在权利要求1或2所述的dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜两侧添加pet-ito电极，并用聚酰亚胺(pi)胶带进行封装，最终获得“三明治”结构的柔性压电纳米发电机。6.一种压电催化灭菌薄膜，其特征在于，将权利要求1或2所述的dabczt/pvdf柔性压电复合薄膜浸入任意染料溶液和细菌悬浮液中进行催化灭菌应用。技术总结本发明涉及一种DA@Ag@BCZT/PVDF柔性压电复合纤维薄膜制备方法和催化灭菌应用，首先采用溶胶‑凝胶法制备锆钛酸钡钙(BCZT)纳米颗粒，利用光还原法制备银修饰的锆钛酸钡钙(Ag@BCZT)纳米颗粒,并在Ag@BCZT纳米颗粒表面修饰多巴胺(DA)进行表面功能化，通过静电纺丝技术将DA@Ag@BCZT与PVDF复合制备DA@Ag@BCZT/PVDF纤维薄膜，该薄膜柔韧性和压电性能良好且易于制备可回收，在柔性电子和催化灭菌领域具有很大应用价值。技术研发人员：王秀红,李婉婷受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/8/1