一种PVDF复合壳聚糖气凝胶的制备方法及对PVDF结晶过程的诱导与流程

本发明涉及壳聚糖气凝胶的制备及其对聚偏氟乙烯（pvdf）晶型结构的诱导作用。

背景技术：

聚偏氟乙烯（pvdf），作为理想的机-电转换功能压电、铁电材料，在电子器件技术领域有着优异的应用价值，从1880年石英晶体中的压电效应被居里兄弟研究发现开始，在很长的一段时间内，无机压电材料成为了压电研究领域的主角。1969年，kawai在对聚偏氟乙烯（pvdf）的研究中发现，pvdf薄膜经过高温强电场极化或在单轴拉伸作用,可得到的具有强的压电效应的pvdf薄膜，从那开始，具有压电性能的有机聚合物获得了历史性突破，与传统的无机压电铁电材料相比，有机压电铁电聚合物具有如下有点：首先，化学稳定性高，在强酸强碱等恶劣环境中不易被腐蚀损坏；其次，制造成本低、机械弹性高、易于加工成型、使用范围广；同时，柔软易于与人体皮肤匹配，可以将其制成医用传感器用来检查人类身体存在的某些疾病问题；最后，聚合物薄膜材质轻，可以将其加工成大面积的柔性薄膜，用来生产各种机电换能器和阵列传感器。

而在研究过程中发现，pvdf主要有4种晶型结构：α相、β相、γ相和δ相。但并不是每一种晶相都具有压电和铁电性能，只有β和γ相才显示出较强的压电和铁电性能，随着科学技术的不断发展，电学性能优异的pvdf薄膜在我们生产生活中发挥着越来越大的作用，因此，要获得高含量pvdf压电铁电相就需要研究其相态的形成和相态之间的转变，这对我们深层次理解pvdf的结构对其性能的影响机制具有重要的作用。

而在本发明中，通过冷冻干燥的方式制备得到壳聚糖块状气凝胶，并通过浸渍的方法在气凝胶内部负载pvdf，制备得到具有一定压电性的复合材料，在研究过程中我们发现，负载之后的pvdf发生了晶型结构的转变，说明壳聚糖对pvdf的结晶过程有一个诱导的作用，通过sem，ftir，xrd对其结果进行了分析研究。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种壳聚糖块状气凝胶的制备方法和对pvdf的浸渍方法，包括以下步骤：

步骤一：壳聚糖气凝胶的制备，取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入一定量的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入一定量的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清。

步骤二：冷冻干燥，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

步骤三：取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入一定量的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液。

步骤四：将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h。

步骤五：将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h，制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

本发明进一步的优选方案是：在壳聚糖气凝胶制备阶段，持续搅拌时间在12h以上的样品更为均匀。

本发明进一步的优选方案是：壳聚糖的量在2~1g之间，过量或者少量都会造成样品的损坏。

本发明进一步的优选方案是：乙酸的量在溶液体积的2%左右，过量会造成壳聚糖的析出。

本发明进一步的优选方案是：pvdf浸渍的量在复合材料质量分数的10%~20%左右。

而在本发明中，通过冷冻干燥的方式制备得到壳聚糖块状气凝胶，并通过浸渍的方法在气凝胶内部负载pvdf，制备得到具有一定压电性的复合材料，在研究过程中我们发现，负载之后的pvdf发生了晶型结构的转变，说明壳聚糖对pvdf的结晶过程有一个诱导的作用，通过sem，ftir，xrd对其结果进行了分析研究。

附图说明

图1为本发明制备所得到的pvdf不同负载浓度的复合材料宏观照片；

图2为本发明制备所得到的pvdf负载前后壳聚糖气凝胶的微观照片；

图3为在本发明制备所得到的pvdf不同负载浓度气凝胶的力学性能；

图4为在本发明制备所得到的pvdf不同负载浓度的复合材料的xrd图；

图5为在本发明制备所得到的pvdf不同负载浓度的复合材料的ftir图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入1g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入1.58g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h。制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

实施例2

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入1.5g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入1.58g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h。制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

实施例3

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入2g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入1.58g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h。制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

实施例4

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入1g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入2.27g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h。制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h，制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

实施例5

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入1.5g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入2.27g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h。制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。

实施例6

取40ml的去离子水于烧杯中，在磁力搅拌下加入2g的壳聚糖粉末，搅拌均匀后缓慢加入0.8ml的乙酸，低速持续搅拌，待搅拌均匀后静置脱泡，直到溶液澄清，将静置澄清后的溶液倒入安瓿瓶中，-20℃预冷冻一晚，然后在-90℃，真空环境下干燥48h，制备得到壳聚糖块状气凝胶。

取20mln-n二甲基甲酰胺于烧杯中，加入2.27g的pvdf粉末，搅拌8h，使用前超声3h，制备得到澄清pvdf溶液，将制备得到的壳聚糖块状气凝胶放入澄清的pvdf溶液中，使其完全没入溶液，保鲜膜封口静置24h，将浸渍完成后的样品置于真空干燥烘箱中，50℃干燥4h，制备得到pvdf/壳聚糖气凝胶复合材料。