柔性电子织物材料的微结构设计及功能化应用研究

发布时间：2022-07-14 12:19

　　微缩电子技术的高速发展带动新型电子器件朝着小型化、集成化和智能化的方向转变。然而,当前主流电子器件的宏观形式单一且多由传统刚性电子材料制备而成;不仅与人体工程学原理相悖,还会降低其电子功能稳定性。新兴电子织物材料通过整合纺织品基材的固有性质（例如轻质、柔软、透气、舒适和耐久等）和微纳米电子材料的特有功能（例如导电、介电和传感等）来兼顾可穿戴器件的服用性能和电子功能。但是,当前电子织物材料的功能性和耐久性还不能进行有效地统一,主要原因有:1)由于微纳米电子材料与织物基材的尺寸和材质不同,通过现有的制备工艺不能有效地整合二者的优势;2)基于电子功能层与织物基材之间复合而成的柔性电子器件存在层间杨氏模量不匹配的问题,在长期的使用中易出现断裂甚至界面分离的现象;3)采用结构一体化制备而成的敏感纤维材料由于其物理形态或化学结构易受环境因素的影响,使电子织物的功能稳定性下降。鉴于此,本论文基于刚性电子材料柔性化策略,借助丝网印刷、静电纺丝以及微结构形貌构筑和表面化学结构设计来保留和提高电子织物材料的服用性能与导电、压力传感和电化学传感功能,以实现不同尺寸/材质的结构、器件和系统的跨尺度制造并为未来... 

【文章页数】：135 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 柔性电子材料
        1.2.1 金属纳米材料
        1.2.2 导电聚合物
        1.2.3 离子液体
        1.2.4 聚离子液体
        1.2.5 织物电极
    1.3 电子织物材料的制备方法
        1.3.1 涂层和印刷
        1.3.2 纺丝技术
        1.3.3 贴附和嵌入
    1.4 柔性传感器的微结构设计
        1.4.1 织物基柔性传感器
        1.4.2 柔性印刷电路中的微结构
        1.4.3 柔性电子材料中的屈曲结构
        1.4.4 柔性压力传感器中的微纳米结构
        1.4.5 柔性电化学传感器中的微结构
    1.5 课题的研究目标、研究内容及创新点
        1.5.1 课题的研究目标
        1.5.2 课题的研究内容
        1.5.3 创新点
    参考文献
第二章 低温烧结导电墨水的制备及其在织物表面印刷电路中的应用研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂
        2.2.2 银纳米颗粒的制备
        2.2.3 导电墨水的制备
        2.2.4 柔性印刷电路的制备
        2.2.5 结构表征和性能测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 银纳米颗粒的表征
        2.3.2 导电墨水的低温烧结行为调控
        2.3.3 聚苯胺(PANI)对导电墨水的应用性能影响
    2.4 本章小结
    参考文献
第三章 微尺度导电褶皱的构建及其在压力传感织物中的应用研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 导电胶的制备
        3.2.3 涤纶织物表面导电图案的制备
        3.2.4 压力传感涤纶织物的组装
        3.2.5 结构表征和性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.0 银纳米颗粒的结构表征
        3.3.1 导电胶的性能研究
        3.3.2 印刷图案的形态分析
        3.3.3 导电褶皱的形成机理分析
        3.3.4 印刷图案的导电性能研究
        3.3.5 压力传感织物的应用性能测试
    3.4 本章小结
    参考文献
第四章 聚离子液体介电纳米纤维膜的制备及其压力传感性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 离子液体和聚离子液体的合成
        4.2.3 聚离子液体纳米纤维膜的制备
        4.2.4 可穿戴压力传感织物的制备
        4.2.5 压力传感织物的电容与外界压力之间的数学关系式推导
        4.2.6 压力传感织物的弯曲角度与弦长之间的数学关系式推导
        4.2.7 结构表征与性能测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 聚离子液体的结构表征
        4.3.2 [PBVIm][Br]基微米纤维膜的性能研究
        4.3.3 [PBVIm][TFSI]基混纺纳米纤维膜的结构与性能分析
        4.3.4 聚离子液体混纺纳米纤维膜的电学性能研究
        4.3.5 全织物压力传感器的压力响应性能测试
        4.3.6 全织物压力传感器的弯曲响应性能测试
        4.3.7 全织物压力传感器在监测人体生理信号中的应用研究
        4.3.8 全织物压力传感器的抗干扰性能分析
        4.3.9 全织物压力传感阵列对二维平面压力的响应测试
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 聚离子液体纳米纤维修饰电极的制备及其电化学传感性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料
        5.2.2 聚离子液体纳米纤维膜的表面氨基化
        5.2.3 修饰电极的制备和电化学甲醛传感器的构建
        5.2.4 电化学甲醛传感器在真实水样的检测应用
        5.2.5 理论模拟计算
        5.2.6 结构表征与性能测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 PILNM的化学结构表征
        5.3.2 PILNM的微观形貌分析
        5.3.3 PILNM的表面元素分析
        5.3.4 PILNM的电化学性能研究
        5.3.5 PILNM与甲醛反应前后的形貌变化
        5.3.6 PILNM与甲醛反应前后的化学结构变化
        5.3.7 PILNM与甲醛反应前后的电化学性能研究
        5.3.8 PILNM与甲醛反应前后的电化学性能变化机理分析
        5.3.9 PILNM在真实水样中的甲醛检测应用
    5.4 本章小结
    参考文献
第六章 全文总结
    6.1 结论
    6.2 展望
攻读博士学位期间的研究成果目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米粒子的熔点与粒径的关系[J]. 瞿金蓉,胡明安,陈敬中,韩炜.  地球科学. 2005(02)

博士论文
[1]纳米银浆低温快速烧结机理及其接头性能研究[D]. 王帅.哈尔滨工业大学 2014
[2]电纺微/纳米纤维修饰电极在电化学传感器中的应用研究[D]. 曹菲.东北师范大学 2012



本文编号：3661113