介質(zhì)模量對柔性導(dǎo)電復(fù)合材料電阻-應(yīng)變行為的影響及性能調(diào)控
發(fā)布時間：2021-01-05 01:36
柔性導(dǎo)電復(fù)合材料在力敏/壓阻傳感器、可拉伸電極、可伸縮電路等新型柔性電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商用價值。其中,電阻-應(yīng)變行為是評估柔性電子用導(dǎo)電復(fù)合材料性能及決定其用途的核心指標(biāo)。通常,按電阻-應(yīng)變響應(yīng)行為可分為靈敏與非靈敏兩種。當(dāng)前,研究人員主要采用導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計等方法對電阻-應(yīng)變響應(yīng)性能進(jìn)行調(diào)控,卻鮮有研究關(guān)注導(dǎo)電介質(zhì)的本征模量對其的影響;特別是在共形變時由于導(dǎo)電介質(zhì)與柔性基體模量的差異,引起介質(zhì)微觀形貌變化、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)/結(jié)構(gòu)不可逆的破壞等對電阻-應(yīng)變行為的影響,這已成為制備高精度、高彈性柔性電子用導(dǎo)電復(fù)合材料的技術(shù)瓶頸。為此,本研究主要從高模量介質(zhì)與基體的模量差異、低模量介質(zhì)的應(yīng)用及其與基體的界面作用力、低模量介質(zhì)物相改變對電阻-應(yīng)變行為的影響及其性能調(diào)控等方面展開研究。以高楊氏模量(E,1011 Pa)的金為導(dǎo)電介質(zhì),以三維（3D）多孔高彈性聚氨酯（PU,E,106 Pa）為骨架,采用原子濺射法,構(gòu)筑了三維（3D）彈性導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Au@PU。利用金膜與PU的模量差異（約為105 Pa）,采...
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：141 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
線性粘彈性固體的微擾隧道模型
1.3.1 高模量導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)是導(dǎo)電復(fù)合材料的必備組分之一，它的選擇直接影響到最終復(fù)合材料的物理性能、機(jī)械力學(xué)、電性能等，尤其是電阻-應(yīng)變特性[44–48]。常用的包括金屬系和碳系導(dǎo)電介質(zhì)，兩者的楊氏模量范圍都在 109Pa 以上，均屬于高模量導(dǎo)電材料（如圖 1-2 所示）。其中，金屬介質(zhì)包括銀 (Ag)、 金(Au)、 銅(Cu)、 鎳(Ni)等；碳系介質(zhì)有石墨烯(GE)、碳納米管(CNT)、炭黑(CB)等。根據(jù)導(dǎo)電填料的尺寸和形狀，又可以分為，零維（0 D）材料、，一維（1D）材料、二維（2D）材料。由于納米技術(shù)的發(fā)展與普及，納米級的導(dǎo)電介質(zhì)，尤其是一維結(jié)構(gòu)介質(zhì)，被廣泛用于制備高性能的導(dǎo)電復(fù)合材料。這類介質(zhì)最大的特點容易形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、從而實現(xiàn)同等含量下復(fù)合材料具有較高的電導(dǎo)率。因此，廣泛應(yīng)用于柔性可伸縮電子材料領(lǐng)域，如力敏傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、形狀記憶材料、腦機(jī)接口等[1,11,49,50]。1.3 高模量導(dǎo)電介質(zhì)復(fù)合材料
圖 1-3 柔性復(fù)合材料中介質(zhì)的應(yīng)變多裂紋、單裂紋裂紋建模分析示意圖[58]Figure 1-3 Schematic of the multiple‐crack and single‐crack growth type of crack‐configuration modeling analysis上述模型表明，導(dǎo)電介質(zhì)與彈性體的延伸剛度比，決定了介質(zhì)的應(yīng)變裂紋形態(tài)。當(dāng)介質(zhì)的剛度大大低于彈性基體剛度時，出現(xiàn)多裂紋擴(kuò)展；相反，則出現(xiàn)單裂紋擴(kuò)展類型。如圖 1-4 所示[58]，當(dāng)比值為分別為 0.03 和 0.07 時，分別在 10%，30%和 50%的應(yīng)變下裂紋的形態(tài)為多裂紋擴(kuò)展。當(dāng)剛度比值為 0.35 時，分別在 10%，30 %和 50%的應(yīng)變下裂紋的形態(tài)為單裂紋擴(kuò)展。Batra 等人[47]揭示了應(yīng)變拉伸下石墨烯薄片單面裂紋擴(kuò)展與應(yīng)變速率有關(guān)，而張等人則通過理論模型發(fā)現(xiàn)了石墨烯，在應(yīng)力下的斷裂機(jī)制。對于被廣泛使用的金導(dǎo)電介質(zhì)，金納米線的應(yīng)變拉伸斷裂現(xiàn)象，也被 Spolenak 等人[59]證實。Michaux 等人[44]揭示了界面強度對應(yīng)變裂紋的影響機(jī)制，界面作用越強產(chǎn)生裂紋所需的應(yīng)變越大。此外，孟等人發(fā)現(xiàn)應(yīng)變裂紋與導(dǎo)電介質(zhì)的厚度越大延展性越差。
本文編號：2957758
【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：141 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
線性粘彈性固體的微擾隧道模型
1.3.1 高模量導(dǎo)電介質(zhì)導(dǎo)電介質(zhì)是導(dǎo)電復(fù)合材料的必備組分之一，它的選擇直接影響到最終復(fù)合材料的物理性能、機(jī)械力學(xué)、電性能等，尤其是電阻-應(yīng)變特性[44–48]。常用的包括金屬系和碳系導(dǎo)電介質(zhì)，兩者的楊氏模量范圍都在 109Pa 以上，均屬于高模量導(dǎo)電材料（如圖 1-2 所示）。其中，金屬介質(zhì)包括銀 (Ag)、 金(Au)、 銅(Cu)、 鎳(Ni)等；碳系介質(zhì)有石墨烯(GE)、碳納米管(CNT)、炭黑(CB)等。根據(jù)導(dǎo)電填料的尺寸和形狀，又可以分為，零維（0 D）材料、，一維（1D）材料、二維（2D）材料。由于納米技術(shù)的發(fā)展與普及，納米級的導(dǎo)電介質(zhì)，尤其是一維結(jié)構(gòu)介質(zhì)，被廣泛用于制備高性能的導(dǎo)電復(fù)合材料。這類介質(zhì)最大的特點容易形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、從而實現(xiàn)同等含量下復(fù)合材料具有較高的電導(dǎo)率。因此，廣泛應(yīng)用于柔性可伸縮電子材料領(lǐng)域，如力敏傳感器、透明導(dǎo)電薄膜、形狀記憶材料、腦機(jī)接口等[1,11,49,50]。1.3 高模量導(dǎo)電介質(zhì)復(fù)合材料
圖 1-3 柔性復(fù)合材料中介質(zhì)的應(yīng)變多裂紋、單裂紋裂紋建模分析示意圖[58]Figure 1-3 Schematic of the multiple‐crack and single‐crack growth type of crack‐configuration modeling analysis上述模型表明，導(dǎo)電介質(zhì)與彈性體的延伸剛度比，決定了介質(zhì)的應(yīng)變裂紋形態(tài)。當(dāng)介質(zhì)的剛度大大低于彈性基體剛度時，出現(xiàn)多裂紋擴(kuò)展；相反，則出現(xiàn)單裂紋擴(kuò)展類型。如圖 1-4 所示[58]，當(dāng)比值為分別為 0.03 和 0.07 時，分別在 10%，30%和 50%的應(yīng)變下裂紋的形態(tài)為多裂紋擴(kuò)展。當(dāng)剛度比值為 0.35 時，分別在 10%，30 %和 50%的應(yīng)變下裂紋的形態(tài)為單裂紋擴(kuò)展。Batra 等人[47]揭示了應(yīng)變拉伸下石墨烯薄片單面裂紋擴(kuò)展與應(yīng)變速率有關(guān)，而張等人則通過理論模型發(fā)現(xiàn)了石墨烯，在應(yīng)力下的斷裂機(jī)制。對于被廣泛使用的金導(dǎo)電介質(zhì)，金納米線的應(yīng)變拉伸斷裂現(xiàn)象，也被 Spolenak 等人[59]證實。Michaux 等人[44]揭示了界面強度對應(yīng)變裂紋的影響機(jī)制，界面作用越強產(chǎn)生裂紋所需的應(yīng)變越大。此外，孟等人發(fā)現(xiàn)應(yīng)變裂紋與導(dǎo)電介質(zhì)的厚度越大延展性越差。
本文編號：2957758
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