弹性导电复合材料的构筑及性能研究

发布时间：2017-09-01 11:47

  本文关键词：弹性导电复合材料的构筑及性能研究

  更多相关文章： 弹性导电复合材料 AgNWs 波浪 三维 电学稳定性

【摘要】：近年来,随着信息化、智能化的快速发展,人们迫切需要一种在形变下能表现出稳定电学性能的柔性电子器件。柔性电子器件已经受到越来越多的关注、研究。柔性电子器件的关键材料弹性导电复合材料更是研究热点。银纳米线(AgNWs)导电性很好,将其和柔性聚合物复合制备弹性导电复合材料已成为该学科的研究重点。而在经过聚多巴胺改性处理的聚合物基底表面沉积银纳米线制备弹性导电复合材料还未见报道,该类弹性导体具有稳定的电学性、力学性且制备过程相对简单。因此,从构筑银纳米线在聚合物中不同的存在结构入手,制备一系列具有高导电性以及在形变下强稳定性的弹性导电复合材料具有十分重要的意义。本文研究中,我们首先构筑了结构拉伸型的PU/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料。以聚氨酯薄膜(PU)为柔性基底,将其预拉伸改性处理后沉积AgNWs的异丙醇溶液。经过简单的“滴加-干燥”过程,撤去外力后得到“波浪状”褶皱的导电层,用聚二甲基硅烷(PDMS)固化后即得到PU/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料。通过X射线衍射(X-ray diffraction,XRD),扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM),光学显微镜,电阻测试仪,拉伸试验机等手段对材料结构进行表征,结果表明：聚多巴胺改性处理后的样品吸附了一层聚合物分子,其对AgNWs导电层的吸附能力大大增强。撤去应力后,改性后的PU薄膜表面出现均匀规则的“波浪状”褶皱导电结构。在0-20%拉伸形变范围内,PU/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料表现出稳定的电学性能,电阻仅为0.95Ω。在弯曲直径由5cm到0.3cm的过程中,PU/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料表现出稳定的电学性能。从样品在形变下的显微镜图可以看到,形变时弹性导电复合材料内部“波浪状”褶皱导电层的波长和振幅分别变大、变小,从而能够抵消部分应力保护导电通路,在一定的形变范围内保持稳定的电学性能。接着制备了材料拉伸型的PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS弹性导电复合材料。以聚氨酯海绵(PUS)为柔性基底,经过多巴胺改性处理后沉积AgNWs的异丙醇溶液。经过简单的“浸渍-干燥”过程,将AgNWs包裹在PUS的网状结构中,经过改性处理后样品对AgNWs的包裹明显优于未经处理的样品,AgNWs几乎均匀的包裹在整个样品上。为了增加复合材料的导电性和电学稳定性,我们又在PDA/PUS/AgNWs表面溅射沉积了一层Ag纳米颗粒。用PDMS固化后即得到PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS弹性导电复合材料。使用XRD, SEM,光学显微镜,电阻测试仪,拉伸试验机,热重分析仪(TG)等手段对材料进行表征。结果表明：经过改性处理后样品对AgNWs的吸附能力明显增强,最终所得的弹性导电复合材料比没改性制备的样品电阻低4.8Ω(从6.5Ω降低到1.7Ω)。在0-50%的拉伸形变范围内,弹性导电复合材料表现出稳定的电学性能。在弯曲直径由5cm到0.3cm的过程中,该复合材料显现出稳定的电学性能。通过其在形变下的显微镜图可以看出,它之所以保持稳定电学性能的原因是其内部的三维导电网络结构,该结构在应力作用的方向上延展,垂直于应力的方向上缩小,从而抵消部分外力的破坏保持电学性能的稳定性。同时,也选用棉花为弹性基底制备了材料拉伸型的CT/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料并研究了它的性能。本文基于柔性聚氨酯基底和导电银纳米线构筑了结构拉伸型和材料拉伸型弹性导电复合材料,并测试了它们在形变下的电学性能。在拉伸、弯曲等形变下,这两种类型的复合材料表现出稳定的电学性能。我们也从微观结构出发研究了两种弹性导电复合材料电学性能保持稳定的原因。
【关键词】：弹性导电复合材料 AgNWs 波浪 三维 电学稳定性
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-21
• 1.1 弹性导电复合材料的概述10
• 1.2 弹性导电复合材料的构筑方式10-13
• 1.2.1 导电材料嵌入或粘在弹性基底上—结构拉伸型11-12
• 1.2.2 导电纳米材料分散于弹性基底中—材料拉伸型12
• 1.2.3 其他的构筑方法12-13
• 1.3 弹性导电复合材料的导电机理13-15
• 1.3.1 渗流理论13-14
• 1.3.2 量子力学隧道效应理论14-15
• 1.4 弹性导电复合材料国内研究现状15-16
• 1.5 弹性导电复合材料国外研究现状16-18
• 1.6 弹性导电复合材料的应用领域18-19
• 1.7 弹性导电复合材料的发展趋势19
• 1.8 本文的研究意义及内容19-21
• 1.8.1 研究意义19-20
• 1.8.2 研究内容20-21
• 第2章 “波浪状”AgNWs导电层的弹性导电复合材料的制备及性能研究21-36
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-25
• 2.2.1 实验试剂22
• 2.2.2 实验仪器22-23
• 2.2.3 实验过程23-24
• 2.2.4 表征技术24-25
• 2.3 结果和讨论25-34
• 2.3.1 PU薄膜改性处理25-27
• 2.3.2 扫描电镜分析27-31
• 2.3.3 PU/AgNWs/PDMS弹性导体性能分析31-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第3章 以聚多巴胺改性PU海绵为基底制备三维高导电的AgNWs/AgNPs弹性导电复合材料36-48
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-40
• 3.2.1 实验试剂37-38
• 3.2.2 实验过程38-39
• 3.2.3 表征技术39-40
• 3.3 结果和讨论40-47
• 3.3.1 PUS改性处理40-44
• 3.3.2 PDA/PUS/AgNWs/Ag/PDMS导体的拉伸和弯曲性能44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第4章 以棉花为基底的CT/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料的制备及性能研究48-55
• 4.1 引言48
• 4.2 实验部分48-50
• 4.2.1 实验试剂48-49
• 4.2.2 实验过程49
• 4.2.3 表征技术49-50
• 4.3 结果和讨论50-54
• 4.3.1 CT/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料的形貌特征50-52
• 4.3.2 AgNWs含量对CT/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料性能的影响52-53
• 4.3.3 CT/AgNWs/PDMS弹性导电复合材料电学性能研究53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 全文结论55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-65
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;第四代新材料——碳纤维导电复合材料[J];军民两用技术与产品;2002年01期

2 王元荪;聚合物导电复合材料的制[J];橡胶工业;2003年04期

3 韩永芹,刘长维,陶嵘;新型导电复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年01期

4 刘勇;邓建国;唐明静;朱敬芝;孙素明;王宪忠;;高分子导电复合材料的颗粒级配技术研究进展[J];化工新型材料;2008年10期

5 曾汉民;何国仁;;新型导电复合材料[J];化工新型材料;1983年05期

6 宝净生,韩宝珍,毕先同;聚对苯二甲酰对苯二胺导电复合材料的研究[J];产业用纺织品;1988年S1期

7 章明秋,曾汉民,蔡清华;酚酞型聚芳醚砜导电复合材料导电机理的初步研究[J];高分子材料科学与工程;1991年05期

8 霍玉云;陈燕;符史琚;;炭黑/橡胶导电复合材料的电阻率——温度特性的研究[J];弹性体;1992年01期

9 杨小利,熊传溪,景玉舫,闻荻江;导电填料对导电复合材料的影响[J];国外建材科技;1997年02期

10 叶林,魏海滨,刘琼,李郁忠;导电复合材料在航空工业中的应用[J];高分子材料科学与工程;1998年01期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 付志兵;邱龙会;刘德斌;余斌;孙祚科;;导电复合材料的研制[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

2 卢艳华;王钧;徐任信;刘国钧;王进;;碳纤维含量对导电复合材料电性能的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集（第7分册）[C];2010年

3 莫尊理;赵仲丽;陈红;史华锋;乔丽君;;聚苯胺-纤维素导电复合材料的非均相制备及性能研究[A];中国化学会第26届学术年会功能高分子科学前沿分会场论文集[C];2008年

4 任丹琪;郑少笛;刘正英;杨伟;冯建民;杨鸣波;;聚烯烃/碳纤维导电复合材料在热循环下特殊的温度-电阻效应研究[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题J：高分子复合体系[C];2013年

5 赵斌;章明秋;符若文;张斌;;一种新的炭黑／水溶性聚氨酯气敏导电复合材料的制备[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年

6 季小勇;李惠;欧进萍;;炭黑-环氧树脂导电复合材料力-电性能研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年

7 曹振东;李满;陈永刚;周磊;吴德峰;张明;;尼龙6/膨胀石墨/碳纤维导电复合材料的制备及表征[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年

8 颜莎妮;田明;张立群;邹华;;镍基硅橡胶导电复合材料的制备与性能研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

9 徐荣华;黄世峰;岳云龙;张德成;程新;;碳纤维-水泥基导电复合材料物理性能的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会水泥基材料论文集（下册）[C];2003年

10 刘孔华;陈世龙;罗远芳;贾德民;刘岚;;电子封装用纳米银修饰石墨烯/环氧树脂导电复合材料[A];2013年全国高分子学术论文报告会论文摘要集——主题L：高性能树脂[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 董映璧;喂点木屑当“佐料”[N];科技日报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 周丽春;电场作用下高密度聚乙烯/纳米石墨微片导电复合材料非线性导电行为研究[D];华侨大学;2009年

2 吴刚;填充类导电复合材料结构与动态粘弹行为研究[D];浙江大学;2004年

3 陈茹;超高分子量聚乙烯基导电复合材料的电/热性能研究[D];大连理工大学;2011年

4 杨超;聚吡咯基导电复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2011年

5 谭洪生;聚烯烃材料：抗冲共聚聚丙烯的结构与高密度聚乙烯导电复合材料的性能[D];浙江大学;2006年

6 鲍宇彬;炭黑自组装行为的研究及其在导电复合材料中的应用[D];华东理工大学;2012年

7 陈仕国;CB/WPU导电复合材料的制备及其气敏性能研究[D];中山大学;2005年

8 刘志华;高分子/炭黑复合材料流变行为—导电功能的相关性研究[D];浙江大学;2008年

9 胡洪亮;碳基材料掺杂聚合物复合材料制备及PTC行为研究[D];吉林大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈彤;导电性热塑性复合材料的研究[D];北京化工大学;2015年

2 曹丹;聚合物/相容剂/多壁碳纳米管三元导电复合材料制备、薄膜组装及表征[D];陕西师范大学;2015年

3 唐军辉;多相聚合物导电复合材料的PTC效应研究[D];青岛科技大学;2012年

4 冯赛花;聚乳酸导电复合材料的结构设计[D];扬州大学;2015年

5 董春雨;聚丙烯/镀镍玻纤导电复合材料的结构控制与性能研究[D];中北大学;2016年

6 林宇津;高性能聚醚醚酮基导电复合材料及薄膜的制备与性能研究[D];吉林大学;2016年

7 王延刚;多相聚烯烃/炭黑自限温发热复合材料的研究[D];山东理工大学;2013年

8 宋子博;外加场诱导硫化导电复合材料的研究[D];北京工业大学;2016年

9 易峰;水泥基碳纤维导电复合材料的制备与研究[D];深圳大学;2016年

10 李黎明;弹性导电复合材料的构筑及性能研究[D];西南石油大学;2016年

，

本文编号：771916