發(fā)布時(shí)間：2020-07-25 08:13

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種便攜、可穿戴的電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,如曲屏手機(jī),電子皮膚,智能眼鏡,小米手環(huán)等等。這些新型電子設(shè)備的出現(xiàn)在豐富人們生活的同時(shí)也對(duì)各種器件的柔性提出更高的要求。超級(jí)電容器及壓力傳感器是我們?cè)谌粘Ｉ钪谐Ｒ姷膬煞N電子器件,傳統(tǒng)的超級(jí)電容器及壓力傳感器多為剛性結(jié)構(gòu),這很大程度上限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。本文立足于當(dāng)前柔性電子學(xué)的發(fā)展,針對(duì)傳統(tǒng)超級(jí)電容器及壓力傳感器的剛性結(jié)構(gòu)的弊端,選用合適的柔性基底制備了一種具有自修復(fù)功能的柔性超級(jí)電容器和一種柔性的壓力傳感器。具體工作如下:1.超級(jí)電容器對(duì)于新能源的開發(fā)利用具有十分重要的意義,此外隨著各種可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展及器件工作環(huán)境復(fù)雜性的提升,人們對(duì)超級(jí)電容器的柔性提出更高的要求,因此我們制備了一種柔性、自修復(fù)的全固態(tài)一體化超級(jí)電容器。主要是通過冷凍-解凍的方法制備了一種物理交聯(lián)的聚乙烯醇-硫酸水凝膠膜(PVA-H2SO4),該水凝膠膜不僅具有一定的柔性和自修復(fù)能力,還具有很好的導(dǎo)電性能、拉伸性能和水中穩(wěn)定性,最后利用原位生長(zhǎng)的方法,在這種物理交聯(lián)的水凝膠膜表面原位生長(zhǎng)上一層聚苯胺和單壁碳納米管(SWCNT)的復(fù)合物,將生長(zhǎng)有聚苯胺和單壁碳納米管復(fù)合材料的水凝膠膜經(jīng)過后續(xù)處理得到一種具有自修復(fù)功能的柔性全固態(tài)一體化超級(jí)電容器,該超級(jí)電容器展現(xiàn)出很好的柔性,經(jīng)過多次彎曲測(cè)試其面積比電容仍保持很高的水平。除此之外,該超級(jí)電容器也展現(xiàn)出很好的自修復(fù)能力,經(jīng)過五次自修復(fù)循環(huán)后其面積比電容大小仍可以達(dá)到未損壞前的80%左右。2.立足于可穿戴電子設(shè)備對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的檢測(cè),本文以聚氨酯海綿為柔性基底通過簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)大壓力傳感器靈敏度的目的,以一種具有類似石墨烯結(jié)構(gòu)的過渡金屬碳化物或氮化物(MXene)做為導(dǎo)電材料,最后通過循環(huán)浸泡的方法制備了一種靈敏度高和檢測(cè)范圍寬的的柔性壓力傳感器。該柔性壓力傳感器可貼附于人的身體上,實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè),比如手指的彎曲,發(fā)聲等,此外該傳感器對(duì)于外界環(huán)境輕微的振動(dòng)也可以做出靈敏的相應(yīng)。最后經(jīng)過對(duì)壓力傳感器穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過10000次循環(huán)壓力測(cè)試后,該壓力傳感器仍能保持很好的信號(hào)響應(yīng)。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53;TP212
【圖文】：

邐ＰＶＡ－ｇ－ＰＡＡ邐ＰＶＡ－ｇ－ＰＡＡ／ＫＣｌ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ逡逑圖１－２自修復(fù)的ＰＶＡ－ｇ－ＰＡＡ／ＫＣｌ水凝膠電解質(zhì)的合成過程示意圖［１５］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋ｓｅｌｆ－ｈｅａｌａｂｌｅ邋ＰＶＡ－ｇ－ＰＡＡ／ＫＣｌ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ．逡逑１．２．２邋７ｊＣ凝膠的應(yīng)用逡逑水凝膠柔軟而富有彈性，可在水中溶脹，并且能對(duì)外界微小的刺激如溫度、ＰＨ、逡逑離子、分子、光、電、壓力等產(chǎn)生顯著的應(yīng)答，具有智能性等優(yōu)點(diǎn)［１６］。如今隨著合成逡逑方法的不斷改進(jìn)和原料種類的多樣性，各種新型功能化水凝膠隨之產(chǎn)生，其柔性、彈逡逑性、拉伸強(qiáng)度、導(dǎo)電性等都得到進(jìn)一步的優(yōu)化［１７，１８］，因而在傳感器、固態(tài)超級(jí)電容器、逡逑電池以及藥物釋放等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如智能水凝膠可以應(yīng)用在應(yīng)力傳感器中

邐Ｉ邋ｈ逡逑Ｖ邋Ｐ逡逑Ａｓｓｅｍｂ，ｙ＼＾＃＾逡逑圖１－３柔性、自修復(fù)超級(jí)電容器合成示意圖［２５］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ａｎｄ邋ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｌｏｗ邋ｏｆ邋ａ邋ｆｌｅｘｉｂｌｅ，邋ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ邋ａｎｄ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ逡逑ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ邋ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．逡逑ａ邋ｒ邐ｒ逡逑￣ｓ—Ｓｏｌ－＾ｅｌ邋ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑上邋Ｓｔｉｒ，邋１２邋ｈ，邋ｒｏｏｍ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邐￣、逡逑＾邐＃邋：邋Ｓｉｌｉｃａ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｄｅ邋Ｊ逡逑Ｖｉｒｙｈｔｒ＾ｔｆ＞ｏｘｙｓｉｌａｎｅ邐ＶＳＮＰ逡逑（ＣＨ３ＣＨ２０）３Ｓｉ｛ＣＨＣＨ２）逡逑ＶＳＮＰ邐ＶＳＮＰ邋ｃｒｏｓｓ邋Ｕｎｋｉｎｇ邋ＰＡＡ逡逑＾邋＾邋：邋ＰＡＡ邋ｃｈａｉｎ逡逑Ｒ（ＶＡ邋Ｓ邐Ｏ邋：Ｐ0Ｓ？￥？ｉ？．逡逑０＾＼0Ｈ邐0邋ｆｔｅｇａｌｗｓｉｏｎ逡逑｛一邋－．Ｈｙｄｒｏｇｅｎ邋ｂｏｎｄｉｎｇ逡逑圖１－４聚合物電解質(zhì)的制備流程（ａ）ＶＳＮＰｓ的制備（ｂ）ＶＳＮＰｓ－ＰＡＡ電解質(zhì)的制備｜２６］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋ｂｙ邋ｕｓｉｎｇ邋ＶＳＮＰｓ邋ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ，邋（ａ）邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ＶＳＮＰｓ逡逑ｆｒｏｍ邋ｖｉｎｙｌｔｒｉｅｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅ．邋（ｂ）邋Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＶＳＮＰｓ－ＰＡＡ邋ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋ｆｒｏｍ邋ＶＳＮＰｓ邋（ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｒ），逡逑ａｃｒｙｌｉｃ邋ａｃｉｄ邋（ＡＡ

邐ｊ逡逑ｗ逡逑圖１－４具有自修復(fù)、黏性、柔性可穿戴壓力傳感器的合成示意圖（ａ）通過動(dòng)態(tài)超分子交聯(lián)的得到逡逑的導(dǎo)電的功能化單壁碳納米管網(wǎng)絡(luò)（ｂ）導(dǎo)電、自修復(fù)、自粘性的混合網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)的水凝膠（ｃ，ｄ）傳逡逑感器的自修復(fù)過程示意圖（ｅ）手腕處自粘附示意圖［３（）Ｉ逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｈｅａｌａｂｌｅ，邋ａｄｈｅｓｉｖｅ，邋ｗｅａｒａｂｌｅ，邋ａｎｄ邋ｓｏｆｔ逡逑ｈｕｍａｎ－ｍｏｔｉｏｎ邋ｓｅｎｓｏｒｓ邋ｆｏｒ邋ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ邋ｈｕｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ邋ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．邋Ｂｙ邋ｔｈｅ逡逑ｄｅｌｉｃａｔｅ邋ｃｏｎｆｏｒｍａｌ邋ｃｏａｔｉｎｇ邋ｏｆ邋（ａ）邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌ邋ｃａｒｂｏｎ邋ｎａｎｏｔｕｂｅ邋ｎｅｔｗｏｒｋｓ逡逑ｔｈｒｏｕｇｈ邋ｔｈｅ邋ｄｙｎａｍｉｃ邋ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ邋ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｉｎｇ，邋（ｂ）邋ｔｈｅ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ，邋ｈｅａｌａｂｌｅ，邋ａｎｄ邋ａｄｈｅｓｉｖｅ邋ｈｙｂｒｉｄ逡逑ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ邋ａｒｅ邋ｐｒｅｐａｒｅｄ．邋Ｔｈｅ邋ｈｅａｌａｂｌｅ，邋ａｄｈｅｓｉｖｅ，邋ｗｅａｒａｂｌｅ，邋ａｎｄ邋ｓｏｆｔ邋ｈｕｍａｎ－ｍｏｔｉｏｎ邋ｓｅｎｓｏｒｓ逡逑ａｓｓｅｍｂｌｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｎｅｔｗｏｒｋ邋ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ邋ｃｏｕｌｄ邋ｂｅ邋（ｃ

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 楊博;插層復(fù)合電極材料的制備及儲(chǔ)能性能研究[D];北京化工大學(xué);2016年

2 姚斌;導(dǎo)電聚合物基柔性固態(tài)超級(jí)電容器的組裝及性能研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2769562