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连续法大气压低温等离子体聚四氟乙烯表面处理清洁生产技术
2010年我国含氟聚合物产能约8万多吨,占世界总产能的三分之一,产量近6万吨,其中PTFE约占80%,已成为世界第二大生产国。根据国家氟化工十二五规划,到2015年我国含氟聚合物产能将达到13.4万吨,产量达到9.4万吨,其中PTFE约占70%。随着战略性新兴产业的兴起,PTFE应用范围已经从传统领域扩展到环保、生物医药、新能源、电子信息等新兴产业领域。如在环保领域,PTFE膜接触器应用于烟道气处理;在生物医药领域,PTFE中空纤维管用作血浆过滤器;在新能源领域,PTFE用作锂电池隔膜和太阳能电池背板;在电子信息领域,PTFE用作驻极体材料。而这些应用,无一不涉及到对PTFE的表面处理。传统的湿化学法已经不能适应,正如氟化工十二五规划中所述:产品结构不合理,中低端产品为主,高端产品仍然依赖进口;应用开发不力,加工技术和设备落后。 大气压低温等离子体材料表面改性是一种新型的表面改性方法,这种方法可以有效地改善材料表面性能,且凭借其独特的优点使其具有其它传统方法不可比拟的优势,是一项值得深入研究的有广阔应用前景的技术。本项目采用大气压低温等离子体改性PTFE材料,替代传统的湿法化学处理方法,从而提高其表面的粘接性、吸湿性、可染色性、及生物相容性等性能,开发出适合对PTFE表面处理的高放电均匀性、高放电电离效率和大面积的均匀等离子体在线清洁处理技术,从而达到对PTFE表面改性的有效调控,取代传统的化学表面处理方法,推动相关产业的技术进步和PTFE在新兴行业中的应用,对于提升PTFE产品档次,促进PTFE在新兴行业的应用具有现实意义。 本项目所采用的常压低温等离子体设备为大面积、均匀连续处理设备,如图所示,可以实现稳定均匀DBD模式运行,配合上收卷、送卷,臭氧抽气等装置,可实现在线连续运行。目前已在实验室实现电极长度为1.5米的的大面积放电,如图(a)所示,将进一步结合在线处理要求,深入研究等离子在线处理工艺,开发如图(b)所示的在线处理样机。处理宽度0.5m,处理速度1-5m/min可调;处理厚度0.05-0.5mm;处理后PTFE表面水接触角不大于50°;PTFE表面微观形貌:表面刻蚀程度均匀。 技术特点及创新性 针对目前PTFE表面处理中采用的湿法化学处理方法安全性、环保性、节能性差的缺点,采用大气压低温等离子表面处理技术,通过研究放电参数、处理结构及处理气体对PTFE表面改性影响的规律,获取最优改性处理条件,找到最适合取代化学处理方法的PTFE表面状态;通过研究在PTFE表面接枝不同的分子链,使其表面产生新的分子结构和新的功能,解决表面处理后老化效应等问题;开发新型的DBD等离子体处理样机,提高等离子体大面积处理均匀性;实现对PTFE表面处理的在线连续性、经济性、清洁性和安全性。同时为低温等离子体材料表面改性的大规模工业应用提供实践。研发出适应工业化生产的PTFE表面处理新技术和新设备,从而提高其表面的粘接性、吸湿性、可染色性、及生物相容性等性能,而且改性只涉及表面纳米级别范围内,基体性能不受影响,对于提升PTFE产品档次,促进PTFE在新兴行业的应用具有现实意义。 ●应用前景: 以聚四氟乙烯复合胶带为例,该产品是采用PTFE乳液浸渍玻璃纤维基布,生产出聚四氟乙烯漆布,再进行单面表面处理后,涂上一层有机硅胶粘剂。该产品表面光滑,有着良好的抗粘性,耐化学腐蚀和耐高温性以及优秀的绝缘性能,并具有反复粘贴功能,广泛应用于在造纸、食品、环保、印染、服装、化工、玻璃、医药、电子、绝缘、砂轮切片、机械等领域,还可应用于浆纱机的滚筒、热塑脱模等行业。该产品预计全国年用量达1000多万㎡。再以太阳能电池组件背板为例,其主流产品是TPT。该产品是由上下两层PVF(聚氟乙烯)和PET(聚对苯二甲酸二乙酯俗称涤纶)薄膜三层复合而成。该产品的生产就涉及到对PVF的表面处理。相对于PTFE来说,PVF的表面处理就比较容易。据统计1兆瓦组件需要8800-10000平方米的背膜,2007年我国组件量为1717兆瓦,消耗各种背膜1500-1700万平方米,全部依赖进口。据《2008年中国光伏太阳能行业研究与投资前景分析报告》预测,2008年世界组件量为将上升40%,约为5600兆瓦,我国组件量约为2400兆瓦,需要背膜约1900-2400万平方米,PVF表面处理量达3800-4800万平方米。 目前,国内外相关研究大多实验室阶段,国外一些知名的大公司,如道康宁、3M以及德国的一些公司,也正致力于该技术研究。从目前报道资料情况上看,国外仅道康宁公司有应用报道,国内尚无相关产品推出。因此技术属于自主創新技术,将填补国内空白,达到国际先进水平。本技术具有应用的普遍性,不但可用于PTFE的表面处理,更可用于其它氟树脂和难粘高分子材料的表面处理,具有广阔的市场前景。本技术还可以推广到其他高分子材料处理领域,以及保护性包装、生物材料处理、薄膜沉积、生物医学应用等领域,在提高材料表面性能,开创材料新的应用领域方面发挥着至关重要的作用。
南京工业大学 2021-01-12
通过酞菁纳米线掺杂来提升P3HT 在钙钛矿太阳能电池上的表现
对于空穴传输材料而言,最常见的小分子掺杂是双三氟甲烷磺酰亚胺锂和4-叔丁基吡啶。这两种掺杂的引入虽然可以提升性能,但是双三氟甲烷磺酰亚胺锂对于水较好的亲和力会使得器件的稳定性大幅下降。Solar RRL发表的成果中,许宗祥课题组找到了一种新型p型掺杂有机小分子Zn(C6F5)2来提高P3HT的载流子提取与传输性能,并进一步提升了其器件稳定性。
南方科技大学 2021-04-14
砷化镓基超快激光器与高效率轻质砷化镓薄膜三结太阳电池
激光雷达等传感器以及高效率砷化镓太阳能电池是国务院国家制造强国建设战略咨询委员会列出的核心基础元器件,本项目在国务院国资委以及国家级人才计划科研项目支持下,联合国内知名企业进行关键技术攻关,研制出基于砷化镓的超快半导体激光芯片与激光器可适用于激光加工、5G通信、生物医疗等领域,同时研制出的高效率砷化镓薄膜三结电池曾获得世界最高效率,相关产品已处于中试和量产阶段,本项目相关技术和产品曾获得过2018年度上海市科技进步二等奖,2020年中国发明协会发明创新二等奖,2020年中国光学学会光学科技奖一等奖等奖励。本次将展示本项目研制的相关砷化镓基半导体激光器以及高效率柔性轻质砷化镓薄膜三结太阳能电池。
复旦大学 2021-09-18
上海交通大学电子信息与电气工程学院离子束溅射沉积系统国际招标公开招标公告
上海交通大学电子信息与电气工程学院离子束溅射沉积系统 招标项目的潜在投标人应在上海市共和新路1301号C座110室获取招标文件,并于2022年07月06日 10点30分(北京时间)前递交投标文件。
上海交通大学 2022-06-14
基于聚丙烯酸钠-阳离子表面活性剂复合物渗透汽化优先透醇膜的制备方法
本发明公开了一种基于聚丙烯酸钠-阳离子表面活性剂复合物渗透汽化优先透醇膜的制备方法。首先制备聚丙烯酸钠-阳离子表面活性剂复合物,后将其溶解在有机溶剂中,采用溶液涂覆法制备均质渗透汽化透醇膜。聚丙烯酸钠-阳离子表面活性剂复合物内部的离子交联结构能够有效抑制该均质渗透汽化透醇膜在醇/水料液中溶胀,保持膜的稳定性;同时,疏水长链和聚电解质的疏水主链,能提供膜对醇的优先选择吸附。通过调控聚丙烯酸钠的分子量和离子化程度,表面活性剂的种类以及分子链结构和聚集形态,能够制备不同的复合物和复合物膜。采用本发明所用的方法可以大大提高渗透汽化膜的渗透性,且该类优先透醇膜制膜方法简单易行、成本低廉。
浙江大学 2021-04-13
清华大学航天航空学院张兴课题组在固态锂电池界面研究中取得重要成果
清华大学航天航空学院张兴教授课题组在高负载(4mAhcm-2)和大电流(3.8mAcm-2)下对锂铟负极组装而成的硫化物全固态锂电池进行了测试,结果发现,电池在900圈左右发生短路失效。
清华大学 2021-12-02
基于排阵型湿地微生物燃料电池供电的电芬顿污水处理系统及处理方法
本发明公开了一种基于排阵型湿地微生物燃料电池供电的电芬顿污水处理系统及处理方法。系统包括:用于对污水进行预处理的纳米铁碳微电解反应区;用于对纳米铁碳微电解反应区出水进行处理的电芬顿系统反应区;用于对电芬顿系统反应区出水进行处理并对其进行供电的排阵型湿地微生物燃料电池;其中,所述的排阵型湿地微生物燃料电池为多个湿地微生物燃料电池相连形成的湿地微生物燃料电池组;湿地微生物燃料电池组的阴极、阳极分别通过导线与电芬顿系统反应区的对应的阳极、阴极连接。本发明还提供了污水处理方法。本发明通过整个系统的联合作用强化降解效果,无需外加能源,也无需投加药剂,是一种节能环保的水处理技术。
东南大学 2021-04-11
关于富溴籽晶诱导法助力提升高效钙钛矿太阳能电池长期稳定性的研究
有机无机杂化钙钛矿以其光吸收系数高、载流子扩散距离长、制备方法简单、带隙连续可调等特性,被广泛认为是发展下一代光伏器件的理想材料。自2009年以来,仅仅历经10年的发展时间,钙钛矿太阳能电池的能量转化效率已经达到25.2%,发展速度为各类太阳能电池之最。但是,由于钙钛矿太阳能电池当前面临的热稳定性、长时间工作稳定性等问题,严重阻碍了其商业化应用发展。针对此问题,北京大学物理学院赵清教授课题组利用材料工程方法,设计提出了富溴钙钛矿籽晶诱导生长两步法,实现了钙钛矿薄膜中溴离子的高效掺杂,有效提高了钙钛矿太阳能电池的长时间工作稳定性。 通过在碘化铅薄膜中引入微米级富溴钙钛矿籽晶,一方面提供后续钙钛矿生长所需的成核位点、诱导薄膜生长、提高薄膜生长质量,另一方面为钙钛矿生长提供充足的溴元素,解决两步法中溴离子难以有效掺杂的问题。通过改变钙钛矿籽晶的添加量,可以实现对钙钛矿成核、晶粒大小、缺陷态密度等的精确调控,实现对最终钙钛矿成分与带隙的精准控制。测试表明,利用富溴钙钛矿籽晶诱导生长两步旋涂法制备得到的钙钛矿太阳能电池器件,其能量转化效率可以达到21.5%;更为重要的是,其长时间工作稳定性得到了显著提高,在AM1.5G太阳光下持续工作500小时后,仍然能保持超过80%的初始效率。这一成果远远超过传统两步法仅有的数小时稳定性。该研究表明,溴元素对钙钛矿材料长时间工作稳定性具有至关重要的作用,同时,提供了一条简单、高效、稳定的基于钙钛矿两步法的溴掺杂方法。此研究将为钙钛矿领域内卤素离子的均匀高效掺入、器件长时间工作稳定性的提高等问题提供了新的思路。相关研究结果发表于Advanced Energy Materials 9, 1902239 (2019),并被选为当期封底图片。北京大学博士生李琪为该研究论文的第一作者,赵清教授为通讯作者。以上研究得到了国家自然科学基金委、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、北京大学纳光电子前沿科学中心、量子物质科学协同创新中心等单位的支持。
北京大学 2021-04-11
清华大学电机系易陈谊课题组在钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展
清华大学电机系易陈谊课题组采用真空热蒸发镀膜与传统溶液法相结合的工艺制备高质量钙钛矿薄膜,突破了目前无甲胺铯甲脒铅卤钙钛矿(铯甲脒钙钛矿)太阳能电池效率的最高记录。
清华大学 2022-05-27
北京大学深研院潘锋团队在调控超结构基元提升锂电池正极材料性能取得重要进展
锂电池已经在手机、电动车和大规模储能广泛应用。商业化的锂离子电池正极材料主要是依赖于价格相对昂贵的钴(Co)和镍(Ni)元素的钴酸锂(LiCoO2)和高镍三元(NCM)正极。
北京大学 2022-07-08
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