离子导体膜的扩散和传导机理研究

发布时间：2021-06-08 14:40

　　离子导体内部正负离子在电场驱动下移动产生的电流,通常称为漂移电流,与此同时还有由离子浓度分布不均产生的扩散电流。聚合物离子导体因具有较高透明度、高度兼容性和延展性等优点,在可穿戴/柔性电子技术和生物医学工程等领域有潜在应用前景。理论研究聚合物离子导体内部的离子传输与扩散行为,可为新型离子导体器件的开发与设计提供理论指导。本文理论研究了聚合物离子导体在电场作用下的电学特性,取得了如下研究结果:1.基于Poisson-Nernst-Planck（PNP）方程,引入在初始平衡态下离子浓度的小扰动得到线性化的PNP方程。采用Mindlin简化结构理论思想将离子浓度和电势沿厚度方向幂级数展开,建立了离子导体膜扩散和传导的二维方程及零阶、一阶方程。2.利用所建立的离子导体二维方程,理论研究了单层离子导体膜在交变电场作用下,其内部离子的传输与扩散行为,并基于理论结果绘制了交流阻抗谱和等效电路图。数值结果表明:单层膜在低频下,其扩散较为显著、阻抗较高;在高频下,离子的传输占主导地位,阻抗接近于0。3.针对上下层为离子导体、中间层是介电材料的“三明治”型离子导体薄膜复合结构,利用所建立的二维方程,采用分... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?（ａ）中间的介电高弹体及上下的离子导体在电压作用下发生变形［１７】??（ｂ）利用离子导体驱动介电高弹体制成的透明柔性扬声器［１７］??

Ｖ＾〇?〇?——?Ｂｕｆｆｅｒ?ｅｌａｓｔｏｍｅｒ??ｆ—ｎ％?Ｏ?Ｏ?〇ｒ￣｜?Ｔｈｉｎ?ｍｅｔａｌ?ｆｏｉｌ??丄，」．？?，?＿、丄????ｒ｜＾ｎ??图１．３?（ａ）柔性显示器原理示意图??（ｂ）柔性显示器材料结构示意图??ａｔ?ＸＷＭ??ｉ?ＩＩ??】Ｊ魆??图１．４?（ａ）柔性电容应变传感器??（ｂ）柔性电容压力传感器ｌ〇ｌ??由传统的硬材料制成的传感器有较大体积大且不可拉伸，不适合应用在柔性??器件、软体机器人和机械手臂等仿生设备或系统方面。２０１４年，Ｓｉｍ等［６］利用聚??合物离子导体和介电高弹材料设计了柔性电容式应力和应变传感器，将其称之为??“离子皮肤（Ｉｏｎｉｃ?Ｓｋｉｎ）?”?（如图１．４所示）。基于聚合物离子导体的传感器??不仅不会约束被测物体的变形，而且还具有轻薄、透明、测量变形范围大等特点。??Ｓ?ｕｎ等设计的传感器可以测量单轴拉伸和等双轴拉伸等在大变形状态下的应变??（１％到５００％）。它在循环加载时具有稳定的性能，柔性的材料又使它能够完美??６??

ａｔ?ＸＷＭ??ｉ?ＩＩ??】Ｊ魆??图１．４?（ａ）柔性电容应变传感器??（ｂ）柔性电容压力传感器ｌ〇ｌ??由传统的硬材料制成的传感器有较大体积大且不可拉伸，不适合应用在柔性??器件、软体机器人和机械手臂等仿生设备或系统方面。２０１４年，Ｓｉｍ等［６］利用聚??合物离子导体和介电高弹材料设计了柔性电容式应力和应变传感器，将其称之为??“离子皮肤（Ｉｏｎｉｃ?Ｓｋｉｎ）?”?（如图１．４所示）。基于聚合物离子导体的传感器??不仅不会约束被测物体的变形，而且还具有轻薄、透明、测量变形范围大等特点。??Ｓ?ｕｎ等设计的传感器可以测量单轴拉伸和等双轴拉伸等在大变形状态下的应变??（１％到５００％）。它在循环加载时具有稳定的性能，柔性的材料又使它能够完美??６??


本文编号：3218674