基于3D打印的高导电石墨烯基柔性电路的构建与性能研究

发布时间：2017-06-22 19:16

  本文关键词：基于3D打印的高导电石墨烯基柔性电路的构建与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：熔融沉积成型(FDM)在所有3D打印成型工艺方法中,属于快速、有效的一种。本文中,我们通过3D打印的方法制备了石墨烯基高导电的柔性电路。首先,用两步原位还原的方法制备了高导电率的石墨烯,其电导率达600 S/cm。其次,选用聚乳酸为高分子基体,将聚乳酸和石墨烯通过先溶液预混合,再熔融共混的方式均匀混合制备出石墨烯-聚乳酸复合材料。扫描电镜显示,经共混后的石墨烯-聚乳酸复合物中,石墨烯可以实现均匀的分散。之后将二者的复合物通过熔融挤出的方式制备成直径为1.75mm的、可用于3D打印的、石墨烯-聚乳酸复合物原丝。进而利用3D打印的方法直接打印成柔性电路,其电导率可达4.76 S/cm(6wt%石墨烯)。研究发现,由于石墨烯在熔融挤出过程中发生了取向,从而使得3D打印的柔性电路拥有高的电导率。同时,通过3D方法制备的二维和三维柔性电路还具有优异的力学性能,当电路弯曲时,其高电导率保持不变,从而实现了真正的柔性制造。通过本实验,我们尝试打印出多种不同尺寸和形状的导电装置,该方法可为柔性电子在有机电子领域应用开辟了一条新的思路。
【关键词】：石墨烯 柔性电路 3D打印
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TN41
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-35
• 1.1 前言12
• 1.2 柔性电路12-17
• 1.2.1 柔性电路简介12
• 1.2.2 典型的柔性电路特性及其应用12-17
• 1.3 石墨烯17-22
• 1.3.1 石墨烯简介17
• 1.3.2 石墨烯的制备方法17-18
• 1.3.3 石墨烯在有机电子领域中的应用18-22
• 1.4 3D打印22-33
• 1.4.1 3D打印简介22-23
• 1.4.2 3D打印成型工艺介绍23-27
• 1.4.3 3D打印的典型应用27-33
• 1.5 研究目的及创新点33-35
• 1.5.1 研究目的33
• 1.5.2 课题研究内容及创新点33-35
• 第二章 实验部分35-45
• 2.1 药品与主要原材料35
• 2.2 主要使用仪器35-37
• 2.3 实验方案37-41
• 2.3.1 氧化石墨烯的制备37
• 2.3.2 化学还原法制备还原石墨烯石墨烯37-38
• 2.3.3 热还原法制备还原石墨烯38
• 2.3.4 原位两步还原法制备石墨烯38-39
• 2.3.5 聚乳酸与石墨烯的共混39
• 2.3.6 用于3D打印的石墨烯-聚乳酸原丝的制备39-40
• 2.3.7 二维和三维电路的打印40-41
• 2.4 测试与表征41-45
• 2.4.1 傅里叶红外光谱表征41
• 2.4.2 X射线衍射仪测试(XRD)41
• 2.4.3 拉曼激光光谱测试41-42
• 2.4.4 X射线光电能谱测试42
• 2.4.5 扫描电子显微镜测试42
• 2.4.6 透射电子显微镜观察42
• 2.4.7 原子力显微镜测试42-43
• 2.4.8 材料力学性能测试43
• 2.4.9 材料热学性能测试43
• 2.4.10 材料电学性能测试43-45
• 第三章 结果与讨论45-73
• 3.1 原位两步还原法制备高导电石墨烯的研究45-54
• 3.1.1 石墨烯制备过程的含氧官能团变化45-46
• 3.1.2 石墨烯制备过程片层间距的变化46-48
• 3.1.3 石墨烯制备过程中表面缺陷的变化48-50
• 3.1.4 石墨烯制备过程中元素含量的变化50-53
• 3.1.5 原位两步还原法制备石墨烯的微观形貌53-54
• 3.2 石墨烯和聚乳酸共混过程的研究54-61
• 3.2.1 石墨烯与聚乳酸熔融共混预参数的测试54-55
• 3.2.2 聚乳酸与石墨烯的熔融共混55-57
• 3.2.3 聚乳酸与石墨烯共混的微观结果57-58
• 3.2.4 石墨烯-聚乳酸复合材料的力学性能测试58-59
• 3.2.5 石墨烯-聚乳酸复合材料的微观性能解释59-61
• 3.3 二维和三维柔性电路的打印过程研究61-68
• 3.3.1 二维电路的打印过程研究61-63
• 3.3.2 三维电路的打印过程研究63-66
• 3.3.3 二维和三维柔性电路的微观形貌66-68
• 3.4 柔性电路的电学性能讨论68-73
• 3.4.1 不同石墨烯-聚乳酸复合物样品的导电性差异68-70
• 3.4.2 柔性电路在弯曲和拉伸状况下的电导率变化70-73
• 第四章 结论73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-79
• 研究成果及发表的学术论文79-80
• 作者及导师简介80-81
• 附件81-82

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本文编号：472841