双各向异性导电磁光多功能柔性三明治结构复合膜的构筑

发布时间：2020-11-01 09:45

　　 近几年来,各向异性导电膜(ACFs)由于具有诸多优点而被广泛应用于高科技领域,引起材料科学领域工作者们极大的兴趣。目前已研究出三种各向异性导电膜,Ⅰ型ACF已普遍应用于电子行业,Ⅱ型和Ⅲ型ACF仍停留在实验室研究阶段。同时,随着纳米科学与技术的飞速发展,单功能纳米材料已不能满足日益增长的科技需求,在特定尺寸下具有多功能性的纳米材料将对纳米科技的发展具有重要意义。因此,研发新型多功能纳米材料是一个具有重要价值的研究课题。本文中基于Ⅲ型各向异性导电膜,采用静电纺丝技术,构筑了四种柔性三明治结构复合膜。三明治结构复合膜的第一层为Ⅲ型各向异性导电膜,具有左右两部分,其构筑单元均为具有导电侧和荧光-绝缘侧的Janus纳米带,左右两部分沿纳米带长度方向互相垂直以实现双各向异性导电性;三明治结构复合膜的第二层和第三层分别为具有磁性和荧光特性的纳米纤维膜,以实现磁性和荧光等功能。具体包括{[Tb(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]⊥[Tb(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]}/[Fe_3O_4/PVP]/[Tb(BA)_3phen/PAN]绿色荧光双各向异性导电-磁性-绿色荧光三明治结构复合膜,{[Eu(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]⊥[Eu(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]}/[Fe_3O_4/PVP]/[Eu(BA)_3phen/PAN]红色荧光双各向异性导电-磁性-红色荧光三明治结构复合膜,{[Tb(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]⊥[Tb(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]}/[Fe_3O_4/PVP]/[Eu(BA)_3phen/PAN]绿色荧光双各向异性导电-磁性-红色荧光三明治结构复合膜和{[Eu(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]⊥[Eu(BA)_3phen/PMMA//PANI/PMMA]}/[Fe_3O_4/PVP]/[Tb(BA)_3phen/PAN]红色荧光双各向异性导电-磁性-绿色荧光三明治结构复合膜,并在第四种三明治结构复合膜的基础上制备了三壁管。采用一系列的表征手段对样品进行了系统地表征,结果表明,三明治结构复合膜具有优异的双各向异性导电性能,导电方向的电导比绝缘方向的电导高约10~8,此外,通过改变稀土配合物、聚苯胺和Fe_3O_4纳米颗粒的含量,可以实现对三明治结构复合膜光电磁性能的调控。而三壁管的性能与三明治结构复合膜一致。特殊的Janus纳米带与三明治结构相结合,实现了在二维薄膜中的微观和宏观分区,降低了各种材料之间的相互影响。所构筑的新型三明治结构复合膜将在电子工业、气体传感、生物医学等领域具有潜在的应用。所提出的设计理念和制备工艺也可扩展到构建其他新型多功能材料。
【学位单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2
【部分图文】：

2图1.1 不同CB含量的PP/SEBS/CB复合材料在剪切流诱导组装后CB条纹的光学图像：(a) 0.5wt %；(b) 1.0 wt %；(c) 1.5 wt %；(d) 2.0 wt %；(e) 2.5 wt %；(f) 3 wt %。间隙固定在250 μm。(a)-(f)的温度固定在280±1℃。x轴：流动方向，z轴：涡度方向[14]。Fig. 1.1 The optical images of CB stripes after the shear-flow induced assembly for PP/SEBS/CBcomposites with different CB contents: a) 0.5 wt %; b) 1.0 wt %; c) 1.5 wt %; d) 2.0 wt %; e) 2.5 wt %;f) 3 wt %. The gap is fixed at 250 μm. The temperature for (a)-(f) is fixed at 280±1 °C. x axis: the fl owdirection, z axis: the vorticity direction[14].（2）磁场诱导法，此方法研究最多的是碳纳米管。Shi等人[15]通过使用低磁场对准镍颗粒，在聚（L-丙交酯/聚（ε-己内酯）/多壁碳纳米管/镍(PLLA/PCL/MWCNT/Ni)复合材料中构建具有隔离导电网络的各向异性导电复合材料。在100 ℃下、~47.5 mT的低磁场中磁性对准30 min后，PCL相中Ni颗粒进行磁性排列，隔离样品的电导率在平行于磁场的方向上径向增加，但在垂直于磁场的方向上减小，致使在隔离样品中观察到显著的各向异性导电性：平行方向上的电导率高出约8个数量级。并且，隔离系统中的各向异性导电程度可通过改变处理时间或调整磁场方向进行调节。

察到显著的各向异性导电性：平行方向上的电导率高出约8个数量级。并且，隔离系统中的各向异性导电程度可通过改变处理时间或调整磁场方向进行调节。图1.2 具有隔离结构的PLLA/PCL/MWCNT/Ni复合材料的制备过程及其磁处理示意图（右下角）[15]Fig. 1.2 Schematic description of the processing procedure for the preparation ofPLLA/PCL/MWCNT/Ni composites with segregated structures and magnetic treatment for compositepreparation (lower right corner)[15]

绝缘方向上阻碍电子运动，使得Janus型纳米纤维阵列膜的长度方向（导电方向）和直径方向（绝缘方向）具有不同的电导率，最高可相差约6个数量级。图1.3 制备Janus型纳米纤维膜的静电纺丝过程示意图[16]Fig. 1.3 Schematic of the electrospinning process to create Janus nanofibers array membrane[16]图1.4 [M@L]//E Janus型纳米纤维阵列膜的(a)扫描电子显微镜照片(b)透射电子显微镜照片和(c)数码相机照片[16]Fig. 1.4 SEM image (a), TEM image (b) and physical digital photo (c) of [M@L]//E Janus nanofibersarray membrane[16]1.1.3 各向异性导电膜的应用在过去的几十年中，ACF由于高分辨率、轻质、薄型等优点已广泛用于平板显示器的封装技术中[17]。同时开发了多层结构的ACF，例如双层和三层ACF，以满足细间
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本文编号：2865361