柔性力敏材料能承受較大應(yīng)變,并將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為成易于探測的電信號,在可穿戴電子器件、人體運動健康檢測、電子皮膚等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。針對目前聚合物基柔性力敏導(dǎo)電復(fù)合材料中存在填料用量高,導(dǎo)電性、拉伸性、靈敏性等難以兼容等問題,本課題以柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）為基體,采用溶脹滲透、自然沉降與磁場輔助等策略,調(diào)控填料在基體表層分布,構(gòu)筑了低填料用量的層狀高柔性力敏導(dǎo)體,深入探究了材料的應(yīng)變響應(yīng)機(jī)制與傳感性能,并應(yīng)用于人體運動監(jiān)測,具體如下:（1）首先,以高彈性聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為柔性基體,低維度的納米CB（nCB）作為導(dǎo)電填料,采用溶脹滲透的方法形成了梯度填料分布的三明治層狀柔性力敏材料。nCB通過擴(kuò)散作用進(jìn)入到己烷溶脹的PDMS的表面和內(nèi)部,少數(shù)nCB擴(kuò)散到PDMS的內(nèi)部區(qū)域,而大多數(shù)nCB保留在表面層中,形成了梯度nCB分布形態(tài)。填料在表面層中富集,確保了良好的導(dǎo)電性,填料含量高的表層對應(yīng)變比較敏感,有利于提高靈敏度。填料含量隨深度增加而降低,總填料含量低,這有利于復(fù)合材料的拉伸性。PDMS/nCB柔性力敏材料在僅6.2 wt%CB負(fù)載下達(dá)到355%的工作應(yīng)變和343的靈敏... 

【文章來源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁數(shù)】：88 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

（a）魚鱗狀rGO應(yīng)變傳感器的感應(yīng)機(jī)理；（b）傳感單元的電阻模型[18]

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文4將式（5）和（6）式代入式（7）可知，電阻隨應(yīng)變的變化關(guān)系為111RCAexpR(1-8)其中A=A1+s。在此基礎(chǔ)之上，Hu等[25]將相互接觸或互相穿透CNTs分開，并設(shè)置分開的最短距離為0.47nm，以避免CNTs的連接，研究發(fā)現(xiàn)，CNTs之間仍然存在隧穿電阻。其隧穿效應(yīng)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖1.2所示。圖1.2CNTs隧穿效應(yīng)電網(wǎng)絡(luò)示意圖[25]。Figure1.2TheschematicdiagramofCNTstunnelingeffectelectricalnetwork[25].1.2.4躍遷效應(yīng)在較大的應(yīng)變下，導(dǎo)電團(tuán)簇遭到破壞，并彼此分離，但其中較大的導(dǎo)電團(tuán)簇仍然可通過填料之間電子的可變程躍遷（VRH）傳遞電流，復(fù)合材料仍然具有導(dǎo)電性。由Mott和Davis[10,11]從理論上建模得出。對于最簡單的狀態(tài)，電阻為Rb/rexpR0D(1-9)rD是填充物之間躍遷的特征距離，b是取決于激活能的材料特征距離。rD為1631p/drπAD(1-10)其中dA是填料的大小，而p取決于應(yīng)變，由下式給出22exppp(1-11)

湖北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1.3（a）CNTs薄膜/PDMS復(fù)合材料從0%拉伸到60%的一系列光學(xué)圖像（透射模式）；（b）中國剪紙模擬的裂紋從原始狀態(tài)到應(yīng)變狀態(tài)的變化；（c）不同應(yīng)變下間隙寬度；（d）傳感單元的電阻模型[23]。Figure1.3(a)Aseriesofopticalimages(transmissionmode)ofCNTsfilm/PDMScompositestretchedfrom0%to60%;(b)thechangeofcrackssimulatedbyChinesepapercuttingfromtheoriginalstatetothestrainstate;(c)differentgapwidthunderstrain;(d)resistancemodelofsensingunit[23].1.3柔性力敏材料的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是影響柔性力敏材料性能的重要條件，通過對柔性力敏材料結(jié)構(gòu)的調(diào)控和設(shè)計，可以得到不同延展性和靈敏度的柔性力敏材料。最常見的就是逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加導(dǎo)電填料的含量，通過摻雜共混等工藝達(dá)到柔性力敏材料的逾滲閾值，從而得到穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。除此之外，還有層狀結(jié)構(gòu)的柔性力敏材料（包括單層導(dǎo)電填料功能層、三明治層狀結(jié)構(gòu)和層狀殼鞘結(jié)構(gòu)等）、二維的網(wǎng)狀織物結(jié)構(gòu)以及三維的氣凝膠等。同時，也可以對導(dǎo)電填料的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行定向設(shè)計，得到蛇形[26]、螺旋[27]、屈曲[28]、衍射雙條紋陣列[29]、微棱鏡陣列[30]等具有微結(jié)構(gòu)的柔性力敏材料，以得到更優(yōu)性能的柔性力敏材料。1.3.1逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即為導(dǎo)電填料在基體中均勻分散，當(dāng)填料達(dá)到Pc，形成逾滲導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，此時復(fù)合材料的電阻顯著降低。當(dāng)施加應(yīng)力時，逾滲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生


本文編號：3408747