【摘要】：金屬橡皮是將納米金屬球顆粒離散分布于高彈性聚合物基體內(nèi)制成的柔性導(dǎo)電納米復(fù)合材料,其表現(xiàn)出的兼具高彈性和高導(dǎo)電性的優(yōu)異性能也使得該材料具有廣泛的潛在應(yīng)用,同時(shí)在開發(fā)柔彈性電子/光電子產(chǎn)品中起著不可或缺的作用。與傳統(tǒng)導(dǎo)電相不同的是,納米球顆粒更為顯著的表面效應(yīng)和量子力學(xué)效應(yīng)使得少量的球狀納米導(dǎo)體可在絕緣基體中自主形成非接觸、高效率的導(dǎo)電通路,同時(shí)復(fù)合材料也更大程度地保留了高彈性基體的優(yōu)異特性。然而,對該類復(fù)合材料導(dǎo)電滲濾特性的研究目前僅限于實(shí)驗(yàn)技術(shù)上,由于球狀導(dǎo)體顯著不同于一維或二維納米纖維,其構(gòu)成的納米復(fù)合材料的導(dǎo)電滲濾行為與其他復(fù)合材料也有很大的區(qū)別,但目前缺乏相應(yīng)的報(bào)道對這種金屬橡皮的導(dǎo)電滲濾行為進(jìn)行更深入詳細(xì)的探究和分析。因此,本文通過考慮納觀下量子隧穿效應(yīng)和范德華力的作用,采用數(shù)值模擬和理論研究相結(jié)合的方法研究了金屬橡皮的導(dǎo)電滲濾行為。首先,本文使用蒙特卡羅方法建立金屬橡皮等效系統(tǒng)模型,結(jié)合納米尺度電子接觸模型以及導(dǎo)電回路理論模擬了復(fù)合材料的導(dǎo)電滲濾行為,探討了導(dǎo)電滲濾的影響因素和物理機(jī)理。然后,在顆粒周圍包覆一層反應(yīng)量子隧穿效應(yīng)的中間相,建立了“金屬納米顆粒+中間相”的等效力學(xué)模型,并推導(dǎo)出了納米顆粒-聚合物復(fù)合材料的等效電導(dǎo)率公式,深入并完整的揭示了復(fù)合材料導(dǎo)電滲濾的整個(gè)過程。通過模擬和理論的計(jì)算,本文獲得了如下結(jié)論:(1)金屬橡皮的導(dǎo)電滲濾行為受量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)電接觸兩種導(dǎo)電機(jī)理的控制。在隧穿效應(yīng)起主導(dǎo)作用的階段,金屬橡皮的電導(dǎo)率主要有基體的隧穿能壘決定,而在導(dǎo)電接觸起主導(dǎo)作用的階段,其電導(dǎo)率則主要受納米顆粒的電阻率控制。因此,復(fù)合材料顯著的壓阻效應(yīng)實(shí)際上可以在隧穿效應(yīng)起主導(dǎo)作用的階段中得到實(shí)現(xiàn)。(2)金屬橡皮的滲濾閾值和冪指數(shù)t與納米顆粒和聚合物的電學(xué)性能無關(guān),它們完全由納米填充物的幾何特征決定。(3)金屬橡皮具有兩階段導(dǎo)電滲濾行為。其電導(dǎo)率的第一次突增主要是基體中相鄰納米顆粒間通過電子隧穿效應(yīng)產(chǎn)生電子傳輸進(jìn)而形成導(dǎo)電回路的結(jié)果,第二次跳躍則是導(dǎo)電回路中顆粒間的電子傳輸機(jī)理由電子隧穿效應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電接觸的結(jié)果。(4)量子隧穿效應(yīng)對納米顆粒尺寸非常敏感。當(dāng)納米顆粒半徑超過195nm時(shí),隧穿效應(yīng)對復(fù)合材料滲濾過程的影響基本消失,并且兩階段滲濾行為將合并形成傳統(tǒng)的一階段滲濾行為。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【圖文】：

子智能器件在現(xiàn)代新型高科技發(fā)展中占據(jù)的作用越來越大[1-12]。例如，如圖1.1所示的柔性LED顯示設(shè)備[13]、粘貼在生物組織表面的柔性傳感器[4]、軟儲能裝置[9,16]、柔性有機(jī)晶體管[21]。而這些柔彈性器件的開發(fā)必然對材料提出了更高的要求，即材料需要兼具優(yōu)良導(dǎo)電性和優(yōu)異的柔彈性性能。然而，由于傳統(tǒng)的導(dǎo)體材料/彈性材料一般只具有單方面的優(yōu)異性能，如純金屬材料雖具有較好的導(dǎo)電性，但其彈性性能較差，它們無法滿足這些新型系統(tǒng)/器件對這一新型功能材料的要求。因此，實(shí)現(xiàn)這一新型功能材料的最大挑戰(zhàn)是擺脫傳統(tǒng)材料的限制（如金屬材料的優(yōu)良導(dǎo)電性低拉伸性，彈性材料的低導(dǎo)電性高彈性），實(shí)現(xiàn)導(dǎo)體材料的高導(dǎo)電性與柔性絕緣材料的高彈性的結(jié)合。為了達(dá)到這一目的，人們不斷將導(dǎo)電納米填充物嵌入在彈性聚合物基體中來制備兼具高導(dǎo)電性和柔彈性的新型功能材料即柔彈性導(dǎo)電納米復(fù)合材料。尤其是把納米金顆粒分布于高彈性絕緣聚合物內(nèi)形成的金屬橡皮薄膜[1](圖1.2)，不僅表現(xiàn)出了類金屬的導(dǎo)電性(電導(dǎo)率達(dá)到104S/cm)

尤其是把納米金顆粒分布于高彈性絕緣聚合物內(nèi)形成的金屬橡皮薄膜[1](圖1.2)，不僅表現(xiàn)出了類金屬的導(dǎo)電性(電導(dǎo)率達(dá)到104S/cm)，而且納米尺度的第二相也使該材料繼承了基體低密度、低剛度、高彈性的性能特征(拉伸應(yīng)變達(dá)484%)。這一具有優(yōu)異性能的新型納米復(fù)合材料的產(chǎn)生也標(biāo)志著柔彈性導(dǎo)電納米復(fù)合材料的研究達(dá)到了一個(gè)新的階層。此外，該材料的電導(dǎo)率比其他銀納米線/納米管/

個(gè)空的方格（圖 2.1a），然后用點(diǎn)隨機(jī)填充格子內(nèi)的方格（圖，在網(wǎng)格內(nèi)存在空的正方形以及點(diǎn)群或團(tuán)簇。物理學(xué)家經(jīng)常將為方格上的“最近鄰點(diǎn)”，而連接同一角落的點(diǎn)被稱為“下一成一個(gè)團(tuán)簇的是最近鄰點(diǎn)的不間斷連續(xù)連接。滲濾理論本質(zhì)質(zhì)，數(shù)量和大小的分析細(xì)目。它試圖確定是否存在任何足夠大長度或?qū)挾龋ㄒ约叭S格子，高度）。最后隨著填充點(diǎn)的增加界之間由點(diǎn)填充的格子構(gòu)成了清晰的不間斷路徑（圖 2.1c 紅理論在本研究中則是表現(xiàn)為在三維單元體中隨機(jī)嵌入大小均著顆粒數(shù)量增加，相鄰顆粒不斷電子連接最終在單元體中形成，我們把這一狀態(tài)下的顆粒含量稱為滲濾閾值，在此閾值下，濾曲線會出現(xiàn)一個(gè)跳躍（電導(dǎo)率數(shù)量級的增加）。子隧穿效應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2800955