柔性压敏导电材料复合优化及器件制备研究

摘要

电子传感器技术和复合材料的迅速发展使得柔性电子器件的研究不断取得突破，各种新型的柔性电子器件相继面世。柔性电子传感器由于本身具有柔韧的结构特征，因此可以通过曲折贴合凹凸不平的人体皮肤组织实现身体信息的实时监测。柔性电子器件的发展远景获得社会的普遍期待，柔性化方向发展已成为大势所趋。 本文主要研究了多维杂化柔性导电材料与柔性基底的复合优化，制备具有压敏和柔性特征的柔性压敏传感器。为获得良好的导电性，导电材料主要从低电阻率的碳系和金属系材料中进行选择，本文主要采用AgNWs、CNTs、Pd纳米颗粒作为导电材料。基底采用具有良好柔韧性、拉伸性等优点的硅橡胶材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）。通过将Pd纳米颗粒溅射到PDMS基体表面，然后将AgNWs喷涂在溅射了Pd纳米颗粒的平面PDMS表面，最后将CNTs喷涂到AgNWs导电层上，制备出CNTs/AgNWs/Pd纳米颗粒/PDMS复合结构的压敏传感器。 首先研究了单一导电网络传感器的制备和优化。具体包括AgNWs的制备和CNTs的分散并通过改进工艺参数进行优化，平面PDMS和微纳结构PDMS基底的制备，Pd纳米颗粒在平面柔性PDMS表面上的溅射，导电网络在平面柔性PDMS表面的喷涂。最终制备出AgNWs/平面PDMS结构、CNTs/平面PDMS结构的单一导电网络压敏传感器。 其次研究了多维杂化导电网络压敏传感器的制备和优化。通过以不同顺序在平面PDMS基底表面喷涂AgNWs和CNTs以及两者的混合液制备出AgNWs/CNTs/平面PDMS结构、CNTs/AgNWs/平面PDMS结构、混合液/平面PDMS结构的多维杂化导电网络压敏传感器。为了获得更好的导电性和提高器件性能，通过在平面PDMS表面溅射一定厚度的Pd纳米颗粒，然后以一定顺序喷涂不同导电材料获得不同结构的多维杂化导电网络压敏传感器。之后进行手指、咽喉、手腕、手臂等人体关节部位的运动响应测试，对其性能参数进行对比分析。 最后为探究表面微纳结构对柔性压敏传感器性能的影响，采用以不同目数砂纸制备的带有不同微纳结构的PDMS作为柔性基底，然后测试了不同表面微纳结构器件在身体不同关节部位运动情况下的响应数据，分析数据得出微纳结构对器件性能的影响。

目录

第一章 绪 论

1.1应用背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3具有代表性的一维纳米材料

1.3.1.碳纳米管

1.3.2.银纳米线

1.4多维杂化导电材料

1.5 论文的结构安排及主要研究内容

第二章 基本原理及实验方法

2.1实验材料及实验设备

2.2 多维杂化导电网络的电子传输特性及机理研究

2.2.1 渗流理论

2.2.2 量子隧道效应理论

2.2.3 场致发射理论

2.3 物理性质的表征方法

2.3.1 表征手段

2.3.2 性能参数

2.4 技术路线

2.5 本章小结

第三章 单一导电网络的制备和表征

3.1 碳纳米管的均匀分散制备和表征

3.2 银纳米线的制备和表征

3.3 Pd纳米颗粒的制备和表征

3.4 PDMS柔性薄膜的制备和表征

3.5 本章小结

第四章 多维杂化导电网络薄膜的制备和表征

4.1电极薄膜的制备和表征

4.1.1 AgNWs薄膜的制备和表征

4.1.2 CNTs薄膜制备和表征

4.2 AgNWs和CNTs的杂化导电网络组合的制备和表征

4.2.1 AgNWs和CNTs均匀混合杂化薄膜的制备和表征

4.2.2 AgNWs和CNTs的分层多尺度杂化薄膜的制备和表征

4.3 AgNWs、CNTs与Pd纳米颗粒的多维杂化薄膜的制备和表征

4.4 本章小结

第五章 多维杂化导电网络复合结构柔性压敏传感器的制备和测试

5.1 单一导电网络柔性压敏传感器的制备和测试

5.1.1 AgNWs/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.1.2 CNTs/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.2 多维杂化导电网络柔性压敏传感器的制备和测试

5.2.1 AgNWs与CNTs均匀混合导电材料/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.2.2 AgNWs/CNTs/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.2.3 CNTs/AgNWs/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.2.4 CNTs/AgNWs/Pd/平面PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.3 CNTs/AgNWs/Pd/微纳结构PDMS柔性压敏传感器的制备和测试

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献