發(fā)布時間：2020-05-09 19:44

【摘要】：隨著現代社會對于新材料和新科技的不斷需求,以往那些普通的常規(guī)電子器件已經越來越難以滿足人們生活的需要,因此可穿戴的便攜性柔性電子器件開始進入了人們的視野。在過去幾十年里,擁有良好的性能表現以及靈活的力學響應的柔性電子器件,已經吸引了人們的普遍關注并漸漸成為下一代電子器件的代表之一,同時這種趨勢己經在多個科技領域內日益擴大,例如柔性晶體管、智能探測器、柔性發(fā)光二極管(LED)、柔性能量存儲器件以及柔性能量收集器等。但是對于各種納米材料的應用來說,如何將游離分散的納米材料彼此結合組裝到一起,從而構筑得到可以實際使用的器件,一直都是一個十分重要并且急需解決的難題。而這一點,對于可穿戴的柔性電子器件的制備工藝來說尤為重要。如何在不犧牲材料自身性能的前提下,將游離無序的納米材料巧妙地組裝統(tǒng)合到一起,并最終構筑得到實用、便攜、穩(wěn)定的柔性電子器件,就是這一領域目前一個富有挑戰(zhàn)性的研究課題。本論文將應用本實驗室已經發(fā)展成熟的各種金屬無機納米線以及半導體納米材料的合成方法與制備技術,創(chuàng)新性地將這些傳統(tǒng)的無機納米材料與商業(yè)購買得到的廉價的尼龍網紗織物結合起來,在盡量保留那些無機納米材料的固有本征特性的同時,賦予了它們在柔性電子器件領域的嶄新應用。除此之外,還深入研究了當今社會中亟待解決的空氣污染問題,將制備得到的柔性透明導電網紗引入與霧霾治理相結合,開發(fā)了一種兼?zhèn)涓咝А⒖焖�、可循環(huán)重復使用的智能紗窗材料,成功地將霧霾顆粒阻隔在窗口之外。此外,還將傳統(tǒng)的SERS材料與尼龍網紗進行結合,制備出了超大面積的高靈敏度的SERS基底,并展示了該SERS基底所擁有的抗機械彎曲性以及優(yōu)秀的耐高溫和耐酸堿腐蝕性。本論文取得的主要研究成果如下:1.采用一種簡單的浸漬組裝工藝,成功實現銀納米線與商業(yè)化尼龍網紗的共組裝,制備了超大面積的柔性透明導電網紗。該材料不僅具備了優(yōu)異的導電性和光學透射率,同時還有很好的抗機械彎曲性,經歷高達10,000次的力學疲勞測試后也依然保持著良好的導電性。在負離子發(fā)生器的輔助下,創(chuàng)新性地將制備得到的柔性透明導電網紗應用于霧霾治理,取得了很好的效果,不僅具有高達99.65%的霧霾吸附效率,同時經過簡單的清洗之后可反復循環(huán)使用。此外,若在其表面再包覆一層熱致變色染料,還能夠起到調節(jié)室內光照強弱的作用,為下一代柔性透明智能窗口的設計提供了新的思路。2.以本實驗室合成制備的碲納米線為模板,以商業(yè)化尼龍網紗為骨架,將傳統(tǒng)的浸漬組裝工藝與模板化學反應結合起來,成功制備一種具備超高靈敏度的超大面積SERS柔性透明基底。通過控制反應時的原料濃度和反應時間,可以精確調控生成金納米顆粒的直徑和數量,從而調控最后得到的SERS柔性透明基底的拉曼信號增強性能。制備得到的碲-金-尼龍SERS基底不僅擁有最低至10-14 M的探測極限,還具有很好的機械穩(wěn)定性,同時也可以抵抗一定程度的高溫、強酸以及強堿的侵蝕。3.將本實驗的碲化物半導體材料的合成進行了拓展,成功合成了形貌和尺寸均一的HgTe正四面體顆粒。采用LB組裝技術,可以將HgTe顆粒組裝成平滑的半導體薄膜。展示了HgTe對于紅外輻射光的選擇性光電響應性質,深入研究其在紅外探測領域應用的可行性,并嘗試制備出有實用價值的溫敏傳感器。
【圖文】：

這項工作的成果十分突出。這種性能優(yōu)秀的均一導電纖維同時具備了最逡逑好的導電率（２４５０邋Ｓ－ｃｎＴ１）以及最高的延展性（９００％）邋實際制備過程總共逡逑包含兩步（圖１．Ｉｄ和ｌ．ｌｅ），第一步利用濕法紡絲技術將銀納米線同ＳＢＳ纖維結逡逑合起來，第二步則是將銀納米顆粒的前驅體均勻地包覆在銀納米線－ＳＢＳ的混合逡逑纖維表面，接下來再將纖維表面的前驅體利用氧化還原反應，轉為需要的銀納米逡逑顆粒。逡逑因此，基于靜電紡絲技術，將各種納米材料在一維有機聚合物纖維的表面進逡逑行定向排列從而構筑得到宏觀尺度可見的柔性材料是一種十分重要的組裝策略，逡逑通過該方法得到的柔性電子器件由于具有許多新奇有趣的特殊性質，將會在許多逡逑研宄領域之中獲得重要應用。逡逑１．２．２模板輔助生長技術逡逑由Ｍａｒｔｉｎ教授Ｍｌ提出的模板輔助生長組裝技術被普遍認為是一項十分切實、逡逑可靠、有效的技術，用于合成制備金屬、半導體以及有機聚合物納米線，并且它逡逑們的直徑和長度一般也可以進行調控。和通常的自組裝技術進行對比可以發(fā)現，逡逑利用模板進行誘導生長的組裝技術在材料結構的形成方面提供了一種均勻的外逡逑部調控

的微結構；（ｅ）導電纖維的ＳＥＭ和光學圖像；（ｆ）具有超微小力檢測能力的壓阻式纖維，逡逑不僅對重復加載／卸載循環(huán)具有出色的穩(wěn)定性，還具有快速響應和松弛等特性。逡逑圖１．３ｆ中展示了超低壓力檢測限以及對壓阻纖維的微小力的響應，通過在壓逡逑阻纖維上放置１０邋ｍｇ玻璃塊（尺寸為２邋ｍｍＸ２０邋ｍｍＸ邋１邋ｍｍ），，表明了其電阻迅逡逑速下降了邋０．２％。壓阻纖維對反復不斷的加載／卸載循環(huán)的響應，同樣揭示了壓阻逡逑纖維對壓力響應的穩(wěn)定性，即使在經過４０００次的加載／卸載循環(huán)后，也只是觀察逡逑到其電阻僅僅增加了邋０．５％邋（圖Ｌ３ｆ），這表明了我們的壓阻纖維能夠抵抗很多力逡逑學疲勞循環(huán)測試。由雙層平面或者皺褶纖維構成的壓阻纖維，其所顯示的響應時逡逑間分別為８５／３５邋ｍｓ，其對應的弛豫時間則分別為６０／１５邋ｍｓ，然后它們將會分別以逡逑１．８邋ｓ邋／邋０．５５邋ｓ的速度迅速恢復到初始狀態(tài)，這表明了纖維表面上的褶皺微結構將逡逑會為壓阻式導電纖維提供更加快速的響應和松弛性能。而表面具有褶皺微結構的逡逑壓阻纖維具有更快的響應速度以及更短的恢復時間
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2656642