本文關(guān)鍵詞：彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的構(gòu)筑及性能研究

  更多相關(guān)文章： 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料 AgNWs 波浪 三維 電學(xué)穩(wěn)定性

【摘要】：近年來,隨著信息化、智能化的快速發(fā)展,人們迫切需要一種在形變下能表現(xiàn)出穩(wěn)定電學(xué)性能的柔性電子器件。柔性電子器件已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注、研究。柔性電子器件的關(guān)鍵材料彈性導(dǎo)電復(fù)合材料更是研究熱點。銀納米線(AgNWs)導(dǎo)電性很好,將其和柔性聚合物復(fù)合制備彈性導(dǎo)電復(fù)合材料已成為該學(xué)科的研究重點。而在經(jīng)過聚多巴胺改性處理的聚合物基底表面沉積銀納米線制備彈性導(dǎo)電復(fù)合材料還未見報道,該類彈性導(dǎo)體具有穩(wěn)定的電學(xué)性、力學(xué)性且制備過程相對簡單。因此,從構(gòu)筑銀納米線在聚合物中不同的存在結(jié)構(gòu)入手,制備一系列具有高導(dǎo)電性以及在形變下強穩(wěn)定性的彈性導(dǎo)電復(fù)合材料具有十分重要的意義。本文研究中,我們首先構(gòu)筑了結(jié)構(gòu)拉伸型的PU/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料。以聚氨酯薄膜(PU)為柔性基底,將其預(yù)拉伸改性處理后沉積AgNWs的異丙醇溶液。經(jīng)過簡單的“滴加-干燥”過程,撤去外力后得到“波浪狀”褶皺的導(dǎo)電層,用聚二甲基硅烷(PDMS)固化后即得到PU/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料。通過X射線衍射(X-ray diffraction,XRD),掃描電子顯微鏡(scanning electron microscopy,SEM),光學(xué)顯微鏡,電阻測試儀,拉伸試驗機等手段對材料結(jié)構(gòu)進行表征,結(jié)果表明：聚多巴胺改性處理后的樣品吸附了一層聚合物分子,其對AgNWs導(dǎo)電層的吸附能力大大增強。撤去應(yīng)力后,改性后的PU薄膜表面出現(xiàn)均勻規(guī)則的“波浪狀”褶皺導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在0-20%拉伸形變范圍內(nèi),PU/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)性能,電阻僅為0.95Ω。在彎曲直徑由5cm到0.3cm的過程中,PU/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)性能。從樣品在形變下的顯微鏡圖可以看到,形變時彈性導(dǎo)電復(fù)合材料內(nèi)部“波浪狀”褶皺導(dǎo)電層的波長和振幅分別變大、變小,從而能夠抵消部分應(yīng)力保護導(dǎo)電通路,在一定的形變范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的電學(xué)性能。接著制備了材料拉伸型的PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料。以聚氨酯海綿(PUS)為柔性基底,經(jīng)過多巴胺改性處理后沉積AgNWs的異丙醇溶液。經(jīng)過簡單的“浸漬-干燥”過程,將AgNWs包裹在PUS的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,經(jīng)過改性處理后樣品對AgNWs的包裹明顯優(yōu)于未經(jīng)處理的樣品,AgNWs幾乎均勻的包裹在整個樣品上。為了增加復(fù)合材料的導(dǎo)電性和電學(xué)穩(wěn)定性,我們又在PDA/PUS/AgNWs表面濺射沉積了一層Ag納米顆粒。用PDMS固化后即得到PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料。使用XRD, SEM,光學(xué)顯微鏡,電阻測試儀,拉伸試驗機,熱重分析儀(TG)等手段對材料進行表征。結(jié)果表明：經(jīng)過改性處理后樣品對AgNWs的吸附能力明顯增強,最終所得的彈性導(dǎo)電復(fù)合材料比沒改性制備的樣品電阻低4.8Ω(從6.5Ω降低到1.7Ω)。在0-50%的拉伸形變范圍內(nèi),彈性導(dǎo)電復(fù)合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)性能。在彎曲直徑由5cm到0.3cm的過程中,該復(fù)合材料顯現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)性能。通過其在形變下的顯微鏡圖可以看出,它之所以保持穩(wěn)定電學(xué)性能的原因是其內(nèi)部的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)在應(yīng)力作用的方向上延展,垂直于應(yīng)力的方向上縮小,從而抵消部分外力的破壞保持電學(xué)性能的穩(wěn)定性。同時,也選用棉花為彈性基底制備了材料拉伸型的CT/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料并研究了它的性能。本文基于柔性聚氨酯基底和導(dǎo)電銀納米線構(gòu)筑了結(jié)構(gòu)拉伸型和材料拉伸型彈性導(dǎo)電復(fù)合材料,并測試了它們在形變下的電學(xué)性能。在拉伸、彎曲等形變下,這兩種類型的復(fù)合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定的電學(xué)性能。我們也從微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)研究了兩種彈性導(dǎo)電復(fù)合材料電學(xué)性能保持穩(wěn)定的原因。
【關(guān)鍵詞】：彈性導(dǎo)電復(fù)合材料 AgNWs 波浪 三維 電學(xué)穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的概述10
• 1.2 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的構(gòu)筑方式10-13
• 1.2.1 導(dǎo)電材料嵌入或粘在彈性基底上—結(jié)構(gòu)拉伸型11-12
• 1.2.2 導(dǎo)電納米材料分散于彈性基底中—材料拉伸型12
• 1.2.3 其他的構(gòu)筑方法12-13
• 1.3 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電機理13-15
• 1.3.1 滲流理論13-14
• 1.3.2 量子力學(xué)隧道效應(yīng)理論14-15
• 1.4 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.6 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域18-19
• 1.7 彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的發(fā)展趨勢19
• 1.8 本文的研究意義及內(nèi)容19-21
• 1.8.1 研究意義19-20
• 1.8.2 研究內(nèi)容20-21
• 第2章 “波浪狀”AgNWs導(dǎo)電層的彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及性能研究21-36
• 2.1 引言21-22
• 2.2 實驗部分22-25
• 2.2.1 實驗試劑22
• 2.2.2 實驗儀器22-23
• 2.2.3 實驗過程23-24
• 2.2.4 表征技術(shù)24-25
• 2.3 結(jié)果和討論25-34
• 2.3.1 PU薄膜改性處理25-27
• 2.3.2 掃描電鏡分析27-31
• 2.3.3 PU/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)體性能分析31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第3章 以聚多巴胺改性PU海綿為基底制備三維高導(dǎo)電的AgNWs/AgNPs彈性導(dǎo)電復(fù)合材料36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 實驗部分37-40
• 3.2.1 實驗試劑37-38
• 3.2.2 實驗過程38-39
• 3.2.3 表征技術(shù)39-40
• 3.3 結(jié)果和討論40-47
• 3.3.1 PUS改性處理40-44
• 3.3.2 PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS導(dǎo)體的拉伸和彎曲性能44-47
• 3.4 本章小結(jié)47-48
• 第4章 以棉花為基底的CT/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的制備及性能研究48-55
• 4.1 引言48
• 4.2 實驗部分48-50
• 4.2.1 實驗試劑48-49
• 4.2.2 實驗過程49
• 4.2.3 表征技術(shù)49-50
• 4.3 結(jié)果和討論50-54
• 4.3.1 CT/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料的形貌特征50-52
• 4.3.2 AgNWs含量對CT/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料性能的影響52-53
• 4.3.3 CT/AgNWs/PDMS彈性導(dǎo)電復(fù)合材料電學(xué)性能研究53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 全文結(jié)論55-56
• 致謝56-57
• 參考文獻57-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果65

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