可延展PEDOT:PSS/乳胶复合材料的制备及其非接触式传感性能研究
发布时间：2022-01-12 22:57
人体皮肤感知系统通过多种受体传感器可以将外界的多重刺激（如温度、湿度、光等）转化为神经脉冲信号,从而引发不同的生理反应,实现对周围环境的精准感知。近年来,具有类皮肤感知非接触式刺激信号能力的柔性电子器件,由于其在远程安全、健康检测、义肢以及智能机器人等领域拥有巨大的实际应用潜力,受到了越来越多的关注。实现非接触式感知能力的核心是开发无需直接接触即可对诸如水分、温度等刺激做出敏感响应的材料。迄今为止,氧化石墨烯,过渡金属二硫化物以及多层金属箔等材料已经被用来制造非接触式传感器件。然而,这些材料本征不可拉伸且制备繁琐,从而难以满足实际需求。因此,如何开发具有高度可延展性、高灵敏性的非接触式传感器件,实现仿皮肤多功能感知仍然是一项极具挑战性的研究难题。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚（苯乙烯磺酸盐）（PEDOT:PSS）导电高分子由于其可溶液加工、结构易调、离子/电子导电以及多重刺激响应能力等优势,使得其成为开发新一代非接触式传感器件的理想材料。尽管如此,其本征脆性结构以及较差的传感性能成为其进一步应用的瓶颈。本论文中,我们使用了非常简单的溶剂挥发诱导自组装的方法,在羧基丁苯乳胶（XSB la...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）—些导电高分子的化学结构；（ｂ）导电高分子的导电率与其他材料的比较??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?（?
?第一章绪论???息相关。??过去几十年中，对于导电高分子的研宄与日俱增，其种类层出不穷，应用领??域逐渐扩大，其原因可以归结为：一，共轭结构赋予了导电高分子类似金属??的性质，如优秀的电学、磁学和光学特性；二，其兼具聚合物的性质，如优异的??机械性能、可加工性、低成本等；三，导电高分子可以从分子层面进行设计，与??众多物质形成复合材料，从而使得性能达到互补。借助于这些优势，导电高分子??得以在电子皮肤，柔性电极，生物传感器，能量收集与存储和软体机器人等领域??受到广泛的青睐（如图１．２）［｜＆２；！］。??Ｎｅｒｕａｌ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??＾?＂―?＾?ｗＢＢＳｔｔ??Ｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｓｅｎｓｏｒ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ??—ＣＰＴ：?膠麗??Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ?ＯＬＥＤ??修騙＾??Ｓ?７％??Ｓｏｆｔ?Ｒｏｂｏｔ??图１．２导电高分子材料的应用概述??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ．??１．３?ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ基本概述??１．３．?１?ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ的研究起源??在导电高分子的领域中，最受研究者青睐的要数聚噻吩家族。这主要是因为??聚噻吩的能垒是常见导电高分子里面最低的，大概在２．０?ｅＶ，而其他的常见导电??３??
ｅＶ），使得电导率得到进一步提升［２５］。然而，如同常见的导电高分子一样，本征??态的ＰＥＤＯＴ材料在水中溶解性很差，很大程度上限制了?ＰＥＤＯＴ在不同领域中??的使用。造成其溶解性问题一方面是由于聚合的小分子是疏水性的，另一方面则??是因为导电高分子的分子量比较高，导致聚合物亲水性非常差。利用单体ＥＤＯＴ??和亲水性高分子聚对苯乙烯磺酸根（ＰＳＳ〇以一定比例混合进行聚合反应，可以得??到稳定的聚（３，４－乙撑二氧噻吩）／聚对苯乙烯磺酸（？￡００１＾５５）深蓝色微分散水溶??液（如图１．３）。其中ＰＳＳ的作用是：１）作为掺杂态ＰＨ）ＯＴ的电荷平衡来源；２）通??过库仑相互作用，增加ＰＥＤＯＴ的水溶性，从而形成均匀稳定的水相分散液［２６］。??随着溶解性问题的解决，ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ迅速成为导电高分子领域最闪亮的明星材??料，受到海内外研究工作者的广泛青睐。??ａ?ｂ?／／?一ｐｓｓ??６６６６６?，、￣ＰＥＤＯＴ??Ｓ〇３?Ｓ〇ＪＨ?Ｓ０，Ｈ?ｓｏ３ｈ?ｓｏ３??／ＱｃＪ?＾??ｖ＿／??图１．３ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ的（ａ）化学结构式和（ｂ）示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?（ａ）?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ．??１．３．?２?ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ?特性概述??首先，ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料具有突出的机械特性。深蓝色的ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ，可以??通过简单而多样的成膜方式如旋涂、滴涂、喷涂、打英印刷以及抽滤等，制备??高质量的薄膜。无论使用何种基底材料如玻璃或者塑料，薄膜均具有高度的均一??性和光滑度（粗糙度小于２?ｎｍ），非常有利于其在发光器件或
本文编号：3585606
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）—些导电高分子的化学结构；（ｂ）导电高分子的导电率与其他材料的比较??Ｆｉｇｕｒｅ?１．１?（?
?第一章绪论???息相关。??过去几十年中，对于导电高分子的研宄与日俱增，其种类层出不穷，应用领??域逐渐扩大，其原因可以归结为：一，共轭结构赋予了导电高分子类似金属??的性质，如优秀的电学、磁学和光学特性；二，其兼具聚合物的性质，如优异的??机械性能、可加工性、低成本等；三，导电高分子可以从分子层面进行设计，与??众多物质形成复合材料，从而使得性能达到互补。借助于这些优势，导电高分子??得以在电子皮肤，柔性电极，生物传感器，能量收集与存储和软体机器人等领域??受到广泛的青睐（如图１．２）［｜＆２；！］。??Ｎｅｒｕａｌ?Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ??＾?＂―?＾?ｗＢＢＳｔｔ??Ｃｈｅｍｉｃａｌ?Ｓｅｎｓｏｒ?Ｔｉｓｓｕｅ?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ??—ＣＰＴ：?膠麗??Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ?ＯＬＥＤ??修騙＾??Ｓ?７％??Ｓｏｆｔ?Ｒｏｂｏｔ??图１．２导电高分子材料的应用概述??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ．??１．３?ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ基本概述??１．３．?１?ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ的研究起源??在导电高分子的领域中，最受研究者青睐的要数聚噻吩家族。这主要是因为??聚噻吩的能垒是常见导电高分子里面最低的，大概在２．０?ｅＶ，而其他的常见导电??３??
ｅＶ），使得电导率得到进一步提升［２５］。然而，如同常见的导电高分子一样，本征??态的ＰＥＤＯＴ材料在水中溶解性很差，很大程度上限制了?ＰＥＤＯＴ在不同领域中??的使用。造成其溶解性问题一方面是由于聚合的小分子是疏水性的，另一方面则??是因为导电高分子的分子量比较高，导致聚合物亲水性非常差。利用单体ＥＤＯＴ??和亲水性高分子聚对苯乙烯磺酸根（ＰＳＳ〇以一定比例混合进行聚合反应，可以得??到稳定的聚（３，４－乙撑二氧噻吩）／聚对苯乙烯磺酸（？￡００１＾５５）深蓝色微分散水溶??液（如图１．３）。其中ＰＳＳ的作用是：１）作为掺杂态ＰＨ）ＯＴ的电荷平衡来源；２）通??过库仑相互作用，增加ＰＥＤＯＴ的水溶性，从而形成均匀稳定的水相分散液［２６］。??随着溶解性问题的解决，ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ迅速成为导电高分子领域最闪亮的明星材??料，受到海内外研究工作者的广泛青睐。??ａ?ｂ?／／?一ｐｓｓ??６６６６６?，、￣ＰＥＤＯＴ??Ｓ〇３?Ｓ〇ＪＨ?Ｓ０，Ｈ?ｓｏ３ｈ?ｓｏ３??／ＱｃＪ?＾??ｖ＿／??图１．３ＰＥＤ０Ｔ：ＰＳＳ的（ａ）化学结构式和（ｂ）示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?（ａ）?Ｃｈｅｍｉｃａｌ?ａｎｄ?（ｂ）?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ．??１．３．?２?ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ?特性概述??首先，ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ材料具有突出的机械特性。深蓝色的ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ，可以??通过简单而多样的成膜方式如旋涂、滴涂、喷涂、打英印刷以及抽滤等，制备??高质量的薄膜。无论使用何种基底材料如玻璃或者塑料，薄膜均具有高度的均一??性和光滑度（粗糙度小于２?ｎｍ），非常有利于其在发光器件或
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