Nghiên cứu chế tạo sợi polycaprolactone (PLC) cấu trúc xốp bằng phương pháp electrospinning ứng dụng trong máy phát điện nano

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE (PCL) CẤU TRÚC XỐP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ELECTROSPINNING ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN NANO GVHD: NGUYỄN VŨ VIỆT LINH BÙI VĂN TIẾN SVTH : VŨ THỊ KIỀU TIÊN NGUYỄN NGỌC TUYỀN SKL008120 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2021 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE (PCL) CẤU TRÚC XỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ELECTROSPINNING ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN NANO GVHD: Nhóm SVTH: Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MƠN CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE (PCL) CẤU TRÚC XỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ELECTROSPINNING ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN NANO GVHD: Nhóm SVTH: Tp.Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021 TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH TS BÙI VĂN TIẾN Cơ quan công t c giảng viên hƣớng dẫn: 1 Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Đại học Bách Khoa - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Sinh viên thực hiện: NGUYỄN NGỌC TUYỀN MSSV: 17130052 VŨ THỊ KIỀU TIÊN MSSV: 17130046 Tên đề tài: “NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO SỢI POLYCAPROLACTONE (PCL) CẤU TRÚC XỐP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ELECTROSPINNING ỨNG DỤNG TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN NANO” Nội dung khóa luận:  Tổng quan tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu  Khảo sát thông số ảnh hƣởng đến trình hình thành sợi PCL cấu trúc xốp nhƣ dung môi, nồng độ polymer, thông số gia công (khoảng c ch phun điện p đặt vào, )  Đ nh gi kết tạo sợi c c phƣơng ph p k nh hiển vi, SEM  Ứng dụng sợi PCL có cấu trúc xốp v o m y ph t điện nano  Khảo sát thay đổi khả ứng dụng sợi PCL cấu trúc xốp v o m y ph t điện nano thông qua thông số: hiệu điện thế, tần số, chu kì hoạt động từ t nh to n công suất, thời gian làm việc máy ph t điện (sử dụng m y đo sóng Oscilloscope để đo) Các sản phẩm dự kiến: Sợi PCL cấu trúc xốp Ngày giao đồ án: 01/03/2021 Ngày nộp đồ án: 25/08/2021 Ngơn ngữ trình bày: Bản báo cáo: Tiếng An Trình bày bảo vệ: Tiếng h TRƢỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) Tiếng Việ  Tiếng t  An Việ h t GIẢNG VIÊN HƢỚ NG DẪN1 (Ký, ghi rõ họ tên) TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) TS BÙI VĂN TIẾN KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: NGUYỄN NGỌC TUYỀN MSSV: 17130052 Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo sợi Polycaprolactone (PCL) cấu trúc xốp phƣơng pháp electrospinning ứng dụng m y ph t điện nano” tên Gi o viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH TS BÙI VĂN TIẾN Cơ quan công t c GV hƣớng dẫn: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Đại học Bách Khoa - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: Số Võ Văn Ngân P.Linh Chiểu, Tp.Thủ Đức, HCM 68 Lý Thƣờng Kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lƣợng thực hiện: Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên: Ƣu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Điểm: .(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Gi o viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: VŨ THỊ KIỀU TIÊN MSSV: 17130046 Ngành: Công nghệ vật liệu Tên đề tài: “Nghiên cứu chế tạo sợi Polycaprolactone (PCL) cấu trúc xốp phƣơng pháp electrospinning ứng dụng m y ph t điện nano” tên Gi o viên hƣớng dẫn: TS NGUYỄN VŨ VIỆT LINH TS BÙI VĂN TIẾN Cơ quan công t c GV hƣớng dẫn: Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Đại học Bách Khoa - Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh Địa chỉ: Số Võ Văn Ngân P.Linh Chiểu, Tp.Thủ Đức, HCM 68 Lý Thƣờng Kiệt, P.14, Q.10, Tp.HCM NHẬN XÉT Về nội dung đề tài khối lƣợng thực hiện: Tinh thần học tập, nghiên cứu sinh viên: Ƣu điểm: GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến [13] N Arya, S Chakraborty, N Dube, and D S Katti, “Electrospraying: a facile technique for synthesis of chitosan‐based micro nanospheres for drug delivery applications ” J Biomed Mater Res Part B Appl Biomater An Off J Soc Biomater Japanese Soc Biomater Aust Soc Biomater Korean Soc Biomater., vol 88, no 1, pp 17–31, 2009 [14] S Zhang and K Kawakami “One-step preparation of chitosan solid nanoparticles by electrospray deposition ” Int J Pharm., vol 397, no 1–2, pp 211–217, 2010 [15] M J Mochane, T S Motsoeneng, E R Sadiku, T C Mokhena, and J S Sefadi “Morphology and properties of electrospun PCL and its composites for medical applications: A mini review ” Appl Sci., vol 9, no 11, pp 1–17, 2019 [16] L W McKeen “Environmentally Friendly Polymers ” Permeability Prop Plast Elastomers, pp 305–323, 2017 [17] M Labet and W Thielemans “Synthesis of polycaprolactone: a review ” Chem Soc Rev., vol 38, no 12, pp 3484–3504, 2009 [18] K Deshmukh, M Basheer Ahamed, R R Deshmukh, S K Khadheer Pasha, P R Bhagat and K Chidambaram “ - Biopolymer Composites With High Dielectric Performance: Interface Engineering ” K K Sadasivuni D Ponnamma, J Kim, J.-J Cabibihan, and M A B T.-B C in E AlMaadeed, Eds Elsevier, 2017, pp 27–128 [19] S Thenmozhi N Dharmaraj K Kadirvelu and H Y Kim “Electrospun nanofibers: New generation materials for advanced applications ” Mater Sci Eng B Solid-State Mater Adv Technol., vol 217, pp 36–48, 2017 [20] P Lu and B Ding “Applications of electrospun fibers ” Recent Pat Nanotechnol., vol 2, no 3, pp 169–182, 2008 [21] R Hinchet W Seung and S W Kim “Recent Progress on Flexible Triboelectric Nanogenerators for SelfPowered Electronics ” ChemSusChem, vol 8, no 14 pp 2327–2344, 2015 [22] R D I G Dharmasena and S R P Silva “Towards optimized triboelectric nanogenerators ” Nano Energy, vol 62, pp 530–549, 2019 [23] Z L Wang “On the first principle theory of nanogenerators from Maxwell’s equations ” Nano Energy, vol 68, p 104272, 2020 [24] F.-R Fan, Z.-Q Tian and Z L Wang “Flexible triboelectric generator ” Nano energy, vol 1, no 2, pp 328–334, 2012 [25] G Zhu et al “Triboelectric-generator-driven pulse electrodeposition for SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến micropatterning ” Nano Lett., vol 12, no 9, pp 4960–4965, 2012 [26] S Wang L Lin and Z L Wang “Nanoscale triboelectric-effect-enabled energy conversion for sustainably powering portable electronics ” Nano Lett., vol 12, no 12, pp 6339–6346, 2012 [27] S Wang, L Lin, Y Xie, Q Jing S Niu and Z L Wang “Sliding-triboelectric nanogenerators based on in-plane charge-separation mechanism ” Nano Lett., vol 13, no 5, pp 2226–2233, 2013 [28] Z L Wang “Triboelectric nanogenerators as new energy technology and self-powered sensors–Principles problems and perspectives ” Faraday Discuss., vol 176, pp 447–458, 2015 [29] T Huang C Wang H Yu H Wang Q Zhang and M Zhu “Human walking-driven wearable all-fiber triboelectric nanogenerator containing electrospun polyvinylidene fluoride piezoelectric nanofibers ” Nano Energy, vol 14, pp 226–235, 2014 [30] Y Zi, H Guo, Z Wen, M.-H Yeh C Hu and Z L Wang “Harvesting lowfrequency (< Hz) irregular mechanical energy: a possible killer application of triboelectric nanogenerator ” ACS Nano, vol 10, no 4, pp 4797–4805, 2016 [31] F Xing Y Jie X Cao T Li and N Wang “Natural triboelectric nanogenerator based on soles for harvesting low-frequency walking energy ” Nano Energy, vol 42, pp 138–142, 2017 [32] K Parida J Xiong X Zhou and P S Lee “Progress on triboelectric nanogenerator with stretchability, self-healability and bio-compatibility ” Nano Energy, vol 59, pp 237–257, 2019 [33] M Sala de Medeiros, D Chanci, C Moreno, D Goswami, and R V Martinez, “Waterproof breathable and antibacterial self‐powered e‐textiles based on omniphobic triboelectric nanogenerators ” Adv Funct Mater., vol 29, no 42, p 1904350, 2019 [34] M Taghavi, A Sadeghi, A Mondini, B Mazzolai, L Beccai, and V Mattoli, “Triboelectric smart machine elements and self-powered encoder ” Nano Energy, vol 13, pp 92–102, 2015 [35] H.-J Qiu et al “A calibration-free self-powered sensor for vital sign monitoring and finger tap communication based on wearable triboelectric nanogenerator ” Nano Energy, vol 58, pp 536–542, 2019 [36] X Xia Q Liu Y Zhu and Y Zi “Recent advances of triboelectric nanogenerator based applications in biomedical systems ” EcoMat, vol 2, no 4, p e12049, 2020 SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến [37] G Khandelwal, N P M J Raj, and S.-J Kim “Triboelectric nanogenerator for healthcare and biomedical applications ” Nano Today, vol 33, p 100882, 2020 [38] S Chao H Ouyang D Jiang Y Fan and Z Li “Triboelectric nanogenerator based on degradable materials ” EcoMat, vol 3, no 1, pp 1–19, 2021 [39] L Valentini, N Rescignano D Puglia M Cardinali and J Kenny “Preparation of Alginate/Graphene oxide hybrid films and their integration in triboelectric generators ” Eur J Inorg Chem., vol 2015, no 7, pp 1192–1197, 2015 [40] H J Kim et al “Silk Nanofiber-Networked Bio-Triboelectric Generator: Silk Bio-TEG ” Adv Energy Mater., vol 6, no 8, pp 1–6, 2016 [41] S Parandeh M Kharaziha and F Karimzadeh “An eco-friendly triboelectric hybrid nanogenerators based on graphene oxide incorporated polycaprolactone fibers and cellulose paper ” Nano Energy, vol 59, pp 412–421, 2019 [42] N Bock, M A Woodruff, D W Hutmacher, and T R Dargaville, “Electrospraying a reproducible method for production of polymeric microspheres for biomedical applications ” Polymers (Basel)., vol 3, no 1, pp 131–149, 2011 [43] P Gupta C Elkins T E Long and G L Wilkes “Electrospinning of linear homopolymers of poly (methyl methacrylate): exploring relationships between fiber formation, viscosity, molecular weight and concentration in a good solvent ” Polymer (Guildf)., vol 46, no 13, pp 4799–4810, 2005 [44] X Qin and D Wu “Effect of different solvents on poly (caprolactone)(PCL) electrospun nonwoven membranes ” J Therm Anal Calorim., vol 107, no 3, pp 1007–1013, 2012 [45] T J Sill and H A Von Recum “Electrospinning: applications in drug delivery and tissue engineering ” Biomaterials, vol 29, no 13, pp 1989–2006, 2008 [46] J Lannutti D Reneker T Ma D Tomasko and D Farson “Electrospinning for tissue engineering scaffolds ” Mater Sci Eng C, vol 27, no 3, pp 504–509, 2007 [47] S P AK S and K Chatterjee “Fabrication of poly (Caprolactone) nanofibers by electrospinning ” J Polym Biopolym Phys Chem, vol 2, no 4, pp 62–66, 2014 [48] L Ding, T Lee, and C.-H Wang “Fabrication of monodispersed Taxol-loaded particles using electrohydrodynamic atomization ” J Control Release, vol 102, no 2, pp 395–413, 2005 [49] M Enayati Z Ahmad E Stride and M Edirisinghe “Size mapping of electric fieldassisted production of polycaprolactone particles ” J R Soc Interface, vol SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến 7, no suppl_4, pp S393–S402, 2010 [50] Y Hong Y Li Y Yin D Li and G Zou “Electrohydrodynamic atomization of quasimonodisperse drug-loaded spherical wrinkled microparticles ” J Aerosol Sci., vol 39, no 6, pp 525–536, 2008 [51] J Xie, L K Lim, Y Phua, J Hua, and C.-H Wang “Electrohydrodynamic atomization for biodegradable polymeric particle production ” J Colloid Interface Sci., vol 302, no 1, pp 103–112, 2006 [52] N.-T Nguyen, Fabrication technologies 2012 [53] A S H Makhlouf, Current and advanced coating technologies for industrial applications Woodhead Publishing Limited, 2011 [54] V T Bui et al “Treefrog Toe Pad-Inspired Micropatterning for High-Power Triboelectric Nanogenerator ” Adv Funct Mater., vol 29, no 28, pp 1–10, 2019 [55] J Henniker “Triboelectricity in polymers ” Nature, vol 196, no 4853 p 474, 1962 [56] X Ding, H Cao, X Zhang M Li and Y Liu “Large scale triboelectric nanogenerator and self-powered flexible sensor for human sleep monitoring ” Sensors (Switzerland), vol 18, no 6, 2018 SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến PHỤ LỤC Hình: Ảnh kính hiển vi quang học màng convex PDMS c c độ phóng đại khác Hình: Ảnh SEM màng phẳng PCL 14% SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến Hình: Ảnh SEM màng phẳng PCL 12% SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến a c Hình: Ảnh hính hiển vi quang học nhiều độ phóng đại khác a) 10x b) 20x, c) 50xcủa sợi electrospun PCL ( nồng độ 7% điện p đặt v o 5kV lƣu lƣợng phun 0.3 ml/h, khoảng cách phun 17.5cm đầu kim 20G) SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến a c Hình: Ảnh hính hiển vi quang học nhiều độ phóng đại khác a) 10x b) 20x, c) 50xcủa sợi electrospun PCL ( nồng độ 7% điện p đặt v o 5kV lƣu lƣợng phun 0.3 ml/h, khoảng cách phun 17.5cm đầu kim 23G) SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến Hình: Ảnh SEM màng sợi micro electrospun PCL 27% SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến 140 Hz 100 Điện (V) 80 60 40 Điện (V) 120 150 100 50 20 0 -20 -50 -40 -60 -80 Thời gian (s) 200 Điện (V) Hz 150 100 (V) 50 Điệ n -50 -100 -10 -8 -6 -4 -2 Thời gian (s) Thời gian (s) Hình: Kết đo điện p đầu mẫu màng sợi micro electrospun PCL convex PDMS tần số khác Hình: Thiết bị TENG làm sáng tức thời 100 bóng đèn led SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến Hình: Phổ FT-IR sợi micro electrospun PCL SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên GVHD: TS Nguyễn Vũ Việt Linh, TS Bùi Văn Tiến Hình: Phổ FT-IR hạt PCL thơ SVTH: Nguyễn Ngọc Tuyền, Vũ Thị Kiều Tiên