【摘要】：聚合物材料由于其良好的延展性被廣泛應(yīng)用于柔性電子中,但由于聚合物材料本身的電學(xué)性能不能滿足要求,故常常會(huì)通過(guò)向聚合物材料中摻雜導(dǎo)電性材料以提升電學(xué)性能。鎵銦合金作為一種高導(dǎo)電性,室溫下即為流體的無(wú)毒合金,是一種理想的摻雜材料。本課題通過(guò)利用液態(tài)鎵銦合金的獨(dú)特的導(dǎo)電性和流動(dòng)性,將液態(tài)鎵銦合金應(yīng)用到聚合物復(fù)合薄膜的制備以及應(yīng)力傳感上。本文通過(guò)將液態(tài)合金與三種不同的硅膠聚合物(Ecoflex,Vytaflex,PDMS)充分混合后加熱固化,制備出具有獨(dú)特機(jī)械和電學(xué)性能的復(fù)合薄膜。通過(guò)對(duì)復(fù)合薄膜中液態(tài)合金的截面金相進(jìn)行觀察,得到了不同液態(tài)合金含量以及不同聚合物基體內(nèi)部的合金液滴分布情況。對(duì)不同復(fù)合薄膜的機(jī)械性能進(jìn)行分析,得出液態(tài)合金的摻雜對(duì)聚合物基體的延展性無(wú)負(fù)面影響,且多數(shù)情況延展性會(huì)隨著合金含量的增加而提升。提出了液態(tài)合金分布對(duì)復(fù)合薄膜機(jī)械性能影響的理論模型,得出復(fù)合材料的機(jī)械性能主要取決于液態(tài)合金的表面張力、平均粒徑分布及體積分?jǐn)?shù)。分析了復(fù)合薄膜的導(dǎo)電性能,發(fā)現(xiàn)不受應(yīng)力時(shí)復(fù)合薄膜基本不導(dǎo)電,且導(dǎo)電特性與液態(tài)合金含量無(wú)關(guān)。復(fù)合薄膜在受到拉伸應(yīng)變時(shí)的電阻變化規(guī)律與一般導(dǎo)體不同,部分薄膜會(huì)出現(xiàn)電阻下降或保持不變的現(xiàn)象;對(duì)垂直應(yīng)力下的復(fù)合薄膜進(jìn)行探究,得到了不同聚合物基體的復(fù)合薄膜對(duì)垂直應(yīng)力的響應(yīng)的不同響應(yīng)。制備了復(fù)合薄膜作為介電層的平行板電容器,提出了有效介質(zhì)理論,對(duì)平行板電容值與復(fù)合薄膜中液態(tài)合金含量的關(guān)系進(jìn)行了理論分析與驗(yàn)證。發(fā)現(xiàn)在垂直應(yīng)力作用下平行板電容器的電容值基本都會(huì)上升,同時(shí)在水平拉力作用下平行板的電容值保持不變。對(duì)平行板電容器中的復(fù)合薄膜受力情況進(jìn)行有限元分析,并對(duì)模擬電容值與實(shí)際值進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證。設(shè)計(jì)并制備了能感應(yīng)垂直應(yīng)力與水平拉力的三維應(yīng)力傳感器結(jié)構(gòu),分別選用聚合物復(fù)合薄膜的電阻值響應(yīng)作為垂直方向的傳感核心,平行的液態(tài)合金的電容響應(yīng)作為水平方向的傳感核心。提出了傳感器的不同應(yīng)用情景下不同傳感模塊的選擇,并給出了水平應(yīng)力感應(yīng)的理論模型。設(shè)計(jì)了提升傳感器水平應(yīng)力響應(yīng)靈敏度的不同結(jié)構(gòu),并對(duì)不同結(jié)構(gòu)下的理論電容變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)與分析。
【圖文】：

鎵銦合金的俄歇電子能譜

酸性溶液改變PDMS表面合金液滴形狀過(guò)程圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.2;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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1 曹桂華;;薄膜電容器損耗的頻率特性[J];電子質(zhì)量;2009年08期

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本文編號(hào)：2622635