定向排布的银纳米线制备及其柔性传感器的性能

发布时间：2020-05-26 03:28

【摘要】：随着电子行业迅速发展,柔性可穿戴设备已经开始逐渐进入人们的生活,以纳米材料为导电载体的柔性传感器已成为了研究的热点。而其中,柔性电阻应变传感器由于其较高的拉伸性能以及可变化的灵敏度被广泛应用于健康监测、医疗检测和电子皮肤等领域。对于应变传感器而言,其起到导电作用的透明导电薄膜层是整个传感器的重中之重,传感器的信号传递功能主要取决于导电薄膜的质量。因此,除了要求基本的高导电性、高柔性外,为了更好的契合当今社会大数据的发展,可穿戴柔性传感器还应该具备高透过率、高灵敏度这两个重要参数。为了提高柔性电阻应变传感器的性能,我们通常会在材料以及新的传感器结构这两方面进行一定的探索及研究,以期同时满足对柔性传感器机械性能和电性能的紧迫需求。本文以制备具有定向排布的导电层结构的柔性电阻应变传感器为目标,重点研究了高长径比银纳米线的制备工艺、银纳米线在柔性PDMS膜上的定向排布、柔性应变传感器的制备工艺以及性能测试等内容。对水浴提拉定向排布技术以及传感器变形时的银纳米线的位移情况进行试验优化及原理分析,对最终制备所得柔性传感器进行了实时可穿戴监测模拟,获得了较好的综合性能。利用一步还原法制备具有高长径比的银纳米线,通过对银纳米线制备过程中离子助剂类型、PVP与硝酸银摩尔比等参数的修正,引入了辅助离子助剂的概念,将Na Br作为第二离子助剂,并且在PVP的选择上从传统的一种PVP改变成为两种PVP混合,最终制备所得的银纳米线长径比达到了800以上。利用水浴提拉法在柔性PDMS膜上对银纳米线进行定向排布深入研究了银纳米线溶液浓度、水浴温度、提拉速度等参数对定向排布效果的作用,最终获得了具有明显定向结构的高导电性、高透过率的银纳米线特殊网络导电薄膜,并分析了水浴提拉的原理。制备柔性传感器时,我们创新性的提出了利用掩膜法制备底膜、定向排布银纳米线、覆盖封装层这一制备柔性传感器的方法,形成了PDMS/Ag NWs/PDMS的三明治封装结构,确保了传感器在使用过程中的精确度和稳定性。对所制得的银纳米线柔性传感器进行性能测试,结果表明,当传感器的透过率达到86.3%时,其电阻仅为168Ω;当应变达到30%时,其灵敏度达到了惊人的84.6,远远超过了现报导的同类传感器。对传感器进行了可穿戴模拟监测试验,对人体运动组织等进行了实时监测,得到了稳定的反馈数据。综上所述,本课题所制备的柔性透明电阻应变传感器已具备未来柔性可穿戴设备性能要求,并有可能在未来的健康监测大数据领域发挥功效。
【图文】：

长度分布,多步法,长度分布,表征图

因此产生的银纳米线长度分布十分不均匀，且在生长过程中产生了大量的颗粒、短棒等杂质，对后续的实验影响严重。图1-1 通过多步法制备所得Ag NWs表征图及长度分布[41]Zhang等人[42]则是从离子助剂类型去考虑制备出更细的Ag NWs。根据银纳米线产生的原理，离子助剂会与反应物AgNO3发生反应形成新的化合物作为前

扫描电镜图,分子链,晶种,专业学位

哈尔滨工业大学工程硕士专业学位论文- 6 -图1-2 不同分子链的PVP在相同条件下制备所得AgNW的扫描电镜图[43](a) PVP-55000；(b) PVP-360000；(c) PVP-1300000；(d) PVP-1300000+PVP-55000(1:1)Sun等人[44]利用EG（乙二醇）作为还原剂，PtCl2为离子助剂制备银纳米线。一方面，Cl－可以与Ag+结合形成AgCl晶种作为额外晶种，促进后续的银线生长，而另一方面，Pt本身在反应过程中受到乙二醇还原，以单质Pt的形式存在，形成额外的Pt晶种。，在多晶种的帮助下
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TP212

【参考文献】