南京工业大学数理科学学院，江苏 南京 211816
本文使用同轴静电纺丝技术，以合适的钒源和锡源为前驱体，在不同的热处理条件下，制备V2O5/SnO2纳米纤维异质结构，并构筑高灵敏的光电探测器件。在偏置电压为2.0 V、波长为405 nm的激光辐照下，V2O5/SnO2纳米纤维异质结构显示出1.28 μA的光电流，相比纯V2O5纳米纤维光电探测器（0.43 μA），光电流提高了近三倍。在偏置电压为3.0 V的周期性激光的调制下，V2O5/SnO2纳米纤维异质结光电探测器表现出快速的光响应，响应和衰减时间均为0.566 s，响应度为3.97 A/W，比探测率为 Jones，表现出良好的光电探测性能。这些实验结果为V2O5/SnO2纳米纤维异质结构在光电子器件中的应用提供了新的思路。
V2O5 V2O5/SnO2纳米纤维异质结 静电纺丝 光电探测器
1 新疆理工学院能源化工工程学院, 阿克苏 843000
2 湖南现代环境科技股份有限公司, 长沙 410114
近年来, 重金属离子的去除是复杂环境中水处理面临的难点问题之一, 静电纺丝制备的三维SiO2纳米纤维棉具有耐高温、耐强酸的特点, 是复杂环境中水处理的理想前驱体材料。以三维SiO2纳米纤维棉作为基底, 在引发剂偶氮二异丁腈作用下催化乙烯苯磺酸和乙二苯单体发生原位聚合, 实现聚乙烯苯磺酸在SiO2纳米纤维棉表面均质包覆, 制备SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉。通过SEM、FT-IR等表征方法揭示了该纳米纤维棉的形貌和化学组成, 采用热重分析仪对其进行热稳定性测试, 并研究了该纳米纤维棉在高温、酸性条件下的吸附再生性能。结果表明: SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+有很高的吸附容量, 当pH值为5.5和初始离子浓度为100 mg/L时, 吸附容量分别为73.0、91.0、161.0 mg/g, 当温度为80 ℃时吸附容量仍可达81.0、64.0、123.0 mg/g; 吸附过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附, 具有较强的再生性能, 经10次离子脱附-吸附循环, Cu2+、Cd2+和Pb2+的容量保持率分别为83.5%、81.1%、77.6%。
原位聚合包覆 SiO2纳米纤维棉 静电纺丝 水处理 重金属 吸附 in situ polymerization coating SiO2 nanofiber cotton electrospinning water treatment heavy metal adsorption
1 邵阳学院食品与化学工程学院，邵阳 422000
2 中南大学粉末冶金研究院，长沙 410083
3 广东氢发新材料科技有限公司，佛山 528000
4 昆明贵金属研究所铂金属综合利用先进技术国家重点实验室，昆明 650106
采用喷涂或转印方法制备的质子交换膜燃料电池催化层存在活性不均匀或活性位点易失效的问题。本研究用静电纺丝法制备高导电性的柔性碳纳米纤维薄膜，然后将析氢电位较高的Cu以脉冲电沉积的方式均匀沉积到纤维膜上，制备出Cu纳米晶/碳纳米纤维膜，最后通过原位置换还原，合成Cu@PtCu/碳纳米纤维(Cu@PtCu/CNF)催化薄膜。Cu@PtCu/CNF催化薄膜解决了催化层活性不均的问题，且可以直接作为催化层使用。采用 SEM、XRD、XPS 等对其形貌、结构进行了表征。电化学测试结果表明，在pH=4、氯铂酸浓度为0.25 mg·mL-1时获得的Cu@PtCu/CNF催化薄膜，其面积比活性为49 m2·g-1。在5 000个循环的稳定性测试后，电化学活性比表面积保持74%，半波电位下降了9 mV，均优于商业Pt/C催化剂。
催化剂薄膜 碳纳米纤维膜 静电纺丝 电沉积 氧还原反应 catalyst film carbon nanofiber film electrospinning electrodeposition oxygen reduction reaction Cu@PtCu Cu@PtCu
1 山西大学激光光谱研究所量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西 太原 030006
2 山西大学极端光学协同创新中心，山西 太原 030006
3 国家电网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆 404100
展示一种基于可调谐半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）的微型化纳米光纤甲烷传感器。在比尔-朗伯定律的基础上，选择1.6 μm附近的甲烷吸收线，对分布式反馈半导体激光器（DFB-DL）进行波长调制，使用锁相放大器解调出二次谐波信号，建立一套完整的基于纳米光纤的TDLAS系统。使用该系统测量室温下不同入射功率和不同压强对二次谐波信号的影响，同时获得了该系统的压力展宽系数和压力频移系数，发现直径较小的纳米光纤可以对甲烷产生更强的吸收。所设计的纳米光纤传感器是一个在低功率条件下进行微量气体测量的有力工具，在气体种类分析和定量分析方面有着巨大的应用潜力。
激光光谱技术 可调谐半导体激光吸收光谱技术 分布式反馈半导体激光器 纳米光纤 激光与光电子学进展
2023, 60(6): 0628011
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Department of Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge 02139, USA
3 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
4 State Key Laboratory of Materials Processing and Die and Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
5 Research Institute of Huazhong University of Science and Technology in Shenzhen, Shenzhen 518063, China
Frontiers of Optoelectronics
2022, 15(4): s12200
Author Affiliations
Abstract
Flexible strain sensors play an important role in electronic skins, wearable medical devices, and advanced robots. Herein, a highly sensitive and fast response optical strain sensor with two evanescently coupled optical micro/nanofibers (MNFs) embedded in a polydimethylsiloxane (PDMS) film is proposed. The strain sensor exhibits a gauge factor as high as 64.5 for strain ≤ 0.5% and a strain resolution of 0.0012% which corresponds to elongation of 120 nm on a 1 cm long device. As a proof-of-concept, highly sensitive fingertip pulse measurement is realized. The properties of fast temporal frequency response up to 30 kHz and a pressure sensitivity of 102 kPa?1 enable the sensor for sound detection. Such versatile sensor could be of great use in physiological signal monitoring, voice recognition and micro-displacement detection.Flexible strain sensors play an important role in electronic skins, wearable medical devices, and advanced robots. Herein, a highly sensitive and fast response optical strain sensor with two evanescently coupled optical micro/nanofibers (MNFs) embedded in a polydimethylsiloxane (PDMS) film is proposed. The strain sensor exhibits a gauge factor as high as 64.5 for strain ≤ 0.5% and a strain resolution of 0.0012% which corresponds to elongation of 120 nm on a 1 cm long device. As a proof-of-concept, highly sensitive fingertip pulse measurement is realized. The properties of fast temporal frequency response up to 30 kHz and a pressure sensitivity of 102 kPa?1 enable the sensor for sound detection. Such versatile sensor could be of great use in physiological signal monitoring, voice recognition and micro-displacement detection.
optical micro/nanofiber strain sensor pressure sensor micro-displacement directional coupler Opto-Electronic Advances
2022, 5(9): 210101
1 广东工业大学材料与能源学院，广州 510006
2 重庆大学电气工程学院，重庆 400044
3 格力钛新能源股份有限公司，珠海 519090
复合聚合物电解质是未来固态锂电池最重要的候选电解质之一，但其中无机填料易团聚，难以形成连续的离子传输通路。通过静电纺丝和高温热处理手段得到柔性SiO2纳米纤维多孔薄膜，采用扫描电子显微镜、Fourier变换红外光谱、X射线衍射和热重-微分热重法对样品进行了表征，系统研究了电纺前驱体溶液中正硅酸乙酯的占比和聚合物浓度对纳米纤维多孔薄膜形貌及柔性的影响。并以该多孔薄膜作为支撑体，制备了聚氧化乙烯(PEO)基复合聚合物电解质(CPE-SiO2)。对其电化学性能进行了测试，30 ℃时离子电导率达到2.52×10-5 S/cm，60 ℃时LiFePO4|CPE-SiO2|Li半电池可以在1 C倍率下充放电稳定循环50次，Li|CPE-SiO2|Li对称电池可在60 ℃下充放电稳定循环300 h，为下一代高性能全固态电池的商业化提供了一种行之有效的思路。
固态锂电池 纳米纤维多孔薄膜 二氧化硅 复合聚合物电解质 电化学性能 solid state lithium batteries nanofiber porous membranes silicon dioxide composite polymer electrolyte electrochemical properties
浙江理工大学材料科学与工程学院, 先进陶瓷材料与纤维研究所, 杭州 310018
以SiC纳米纤维(SiCnf)为增强体, 通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层, 并与SiC粉体、Al2O3-Y2O3烧结助剂共混制备陶瓷素坯, 采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiCnf/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiCnf/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明: 在1 100 ℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm, 且为结晶度较好的层状石墨结构; 相比于纤维表面无包覆层的复合材料, 复合材料的断裂韧性提高了35%, 达到最大值(19.35±1.17) MPa·m1/2, 抗弯强度为(375.5±8.5) MPa, 致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象, 但SiCnf/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强, 纳米纤维拔出短, 表现为脆性断裂。
SiC陶瓷基复合材料 SiC纳米纤维 裂解碳包覆 化学气相沉积 断裂韧性 热压烧结 SiC ceramic matrix composite SiC nanofiber pyrolysis carbon coating chemical vapor deposition fracture toughness hot pressing
1 青海大学化工学院, 西宁 810016
2 青海大学新能源光伏产业研究中心, 西宁 810016
3 清华大学材料学院, 北京 100084
在复合相变材料中引入碳纳米纤维(CNFs)提高相变体系的导热系数, 以实现相变材料与外界环境进行快速有效的热量交换。本文采用熔融共混法将Na2SO4·10H2O和Na2HPO4·12H2O制备成共晶盐相变材料, 借助聚丙烯酸钠构筑三维聚合物网络封装相变材料, 利用CNFs提升复合材料的导热系数。通过Raman、XPS等测试方法, 研究了CNFs经高能球磨、湿化学氧化处理后, 其表面含氧官能团的变化; 借助Raman、DSC、Hot disk、TG等测试方法, 分析了CNFs对复合材料化学相容性、相变行为、热稳定性、潜热容量、导热系数的影响。结果表明: CNFs经过功能化处理, 氧、碳原子比增大至0.140, 氧化效果显著; CNFs引入至复合相变材料中, 体系内各组分之间存在良好的化学相容性; 当CNFs的添加量达到3%(质量分数), 复合材料的固、液态导热系数分别达到1.05 W/(m·K)、0.88 W/(m·K), 相较于未添加CNFs的复合材料, 固、液态导热性能分别提升了69.4%、60.0%; 经过1 000次循环试验, 复合材料的熔融焓和结晶焓相较循环前分别下降了56.2%、65.3%, 相变体系仍然具备一定的储热能力, 表明将相变材料嵌入三维网络结构是一种有效的封装策略。
复合相变材料 相变储能 十水硫酸钠 十二水磷酸氢二钠 碳纳米纤维 相变行为 潜热容量 导热系数 composite phase change material phase change energy storage sodium sulfate decahydrate disodium hydrogen phosphate dodecahydrate carbon nanofiber phase transition behavior latent heat capacity thermal conductivity
1 厦门大学 仪器与电气系，福建厦门36005
2 福建省增材制造创新中心，福建福州350118
为了对纳米纤维空气过滤膜进行有效的理论数值计算和分析，建立了纳米纤维膜空气过滤性能计算的分析系统。对该系统所采用的三维重构、过滤效率计算及过滤压降计算等算法进行研究。通过去噪处理、二值化、细化算法和离散化进行纳米纤维膜的特征提取，并通过对纳米纤维膜的特征信息定义、存储和可视化渲染实现三维重构。通过对颗粒物与纳米纤维的碰撞检测和力学分析判断颗粒物被纳米纤维膜捕获的数量进行过滤效率的计算。最后，根据泊肃叶定律和压降原理实现了基于SEM图像的过滤压降计算模块。针对纳米纤维膜的拓扑结构和厚度进行了数值计算与实验比对，对比结果表明，过滤效率计算误差在10%以内，过滤压降计算误差在20%以内，计算结果趋势与实验结果相符，能够反映不同拓扑结构的过滤性能差异。
纳米纤维膜 三维重构 分析系统 过滤效率 过滤压降 nanofiber membrane 3D reconstruction analysis system filtration efficiency filtration pressure drop
