功能化导电聚合物复合纤维的制备、物理性质及其在应力传感器方面的应用

摘要

随着智能化设备的迅速发展，柔性可穿戴器件呈现出了巨大的发展潜力。传感器作为其核心部件之一,将影响可穿戴柔性设备的性质、性能与未来发展趋势。其中，纤维基材料传感器具有制备方法简单、质量轻、造价低、柔性好、灵敏度高、生物相容性好、稳定性高以及自支撑等优点。本文在纤维基传感器的基础上，尝试用不同的方法制备了性能优良的应力传感器，对制备方法进行探讨的同时，对其在柔性可穿戴器件的潜在应用进行了研究。
　　本论文主要包括以下主要内容：
　　（1）利用传统的静电纺丝技术，图案化模板作为接收极，并结合后期原位聚合技术，制备了图案化PANI/PVDF纳米纤维膜。该图案化导电聚合物纤维膜的拉伸性能是对应的无纺布纳米纤维膜的2.6倍，手指感应以及按压测试具有较快的响应时间和良好的恢复性。根据实验结果，我们认为该图案化导电聚合物纤维膜在柔性电子器件领域具有很好的应用前景。
　　（2）利用磁力场纺丝技术制备了具有电磁功能的复合纤维力敏传感器。提出了一种新的磁纺丝技术制备PANI/PVDF/Fe2O3平行复合纤维，纤维的长度可达是1米。由复合纤维构成的绞线力敏传感器室温下具有超顺磁性，电导率为3.2×10-5Scm-1，最大拉伸率可达440％，具有超高的敏感性以及迅速的恢复性。
　　（3）利用传统的PU制备的皮筋为基底，原位聚合导电PANI来制备柔性可拉伸应力传感器。柔性器件的最大拉伸率1400%。而且对于压力敏感测试以及大尺度的拉伸例如膝盖弯曲表现出了较强的敏感性。本章实验结果有望为现有织物的基础上制备柔性可拉伸器件提供很好的思路。
　　（4）测量单根PPY纳米线的I-V特性曲线。并用理论模拟探讨了其低温导电机理。在相对高温区域，其特性可以很好地利用空间电荷限制电流模型拟合。然而，在低温、低偏压区域，非线性I-V曲线与空间电荷限制电流曲线相偏离。这种“偏离”可能是由于低温下的准一维无序结构的电子之间的相互作用引起的。最后测量并研究了单根PANI-CSA纳米线的低温电学输运性质。在高温区域，准一维系统的非线性I-V曲线可以很好地与声子模型拟合。然而，在低温、低偏压区域，同样地，非线性I-V曲线与此理论相背离。

目录

引言

第一章 绪 论

1.1微/纳米纤维的制备方法

1.2 导电聚合物

1.3 柔性可穿戴器件

1.4导电聚合物输运性质的测量

1.5单根导电聚合物纳米管/线电导率的测量方法

1.6 应力传感器的测量装置及方法

参考文献

第二章 静电纺丝制备图案化PANI/PVDF纳米纤维膜及其功能化应用

2.1 背景介绍

2.2 实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

参考文献

第三章 磁力场纺丝制备电磁功能化PANI/PVDF/γ-Fe2O3纤维

3.1引言

3.2背景介绍

3.3实验仪器以及制备方法

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

参考文献

第四章 PANI/PU复合纤维的原位聚合制备及应力传感器

4.1 背景介绍

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 单根导电聚合物纳米纤维器件的电子输运性质

5.1前言

5.2 背景以及理论模型介绍

5.3实验部分

5.4结果与讨论

5.5 本章小结

参考文献

第六章 结论

6.1 论文小结

6.2 论文主要创新点

攻读学位期间的研究成果

致谢

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