压电纳米颗粒改性电纺PVDF纳米纤维膜的纳米力学、力学响应与表征

摘要： 纳米纤维膜在净水和压电纳米发电机应用中的无限可能性，凸显了理解其纳米力学响应的重要性。本研究采用静电纺丝法制备了掺杂0.01、0.05和0.1 wt%氧化锌纳米颗粒的聚偏氟乙烯（PVDF）电纺纳米纤维薄膜。通过场发射扫描电子显微镜、热重分析、水接触角测试、单轴拉伸试验和纳米压痕技术对PVDF纳米复合纤维薄膜进行了表征。研究了微量压电纳米颗粒对纳米复合纤维薄膜形貌、水接触角、动态水接触角、压电性能、热稳定性及机械稳定性的影响。采用纳米压痕技术在纳米纤维毡不同位置测试PVDF/ZnO纳米纤维薄膜的纳米级力学性能，以考察膜的弹塑性行为。最终获得的ZnO纳米颗粒改性纳米纤维膜呈现纳米级纤维结构，具有显著亲水性及优异的热学、力学与压电性能。当聚合物掺杂0.1 wt% ZnO纳米颗粒时，纳米纤维薄膜的熔融温度提升2%（170-173°C）、拉伸强度提高20%（2.418 MPa）、弹性模量增加18%（2.418 GPa）、硬度增大60%（235 MPa），压电系数达到13.42 pC/N，显示出显著增强的热学、力学及纳米力学响应。这些纳米尺度特性的认知对开发传感器与执行器、生物医学、能量收集及水过滤装置具有重要价值。