基于提拉法的银纳米线定向排布机理及柔性传感器研究

发布时间：2020-05-15 05:51

【摘要】：随着电子科学技术的快速发展和人们对健康生活需求的不断提高,人们对日常电子器件的应用有了更高的要求。社会信息化的加速使人与信息的有机融合成为了未来电子设备的发展趋势,柔性电子设备应运而生。柔性传感器是柔性电子的重要组成部分,以纳米材料为导电载体的柔性电阻应变传感器因为结构简单、成本低廉和性能稳定等特点成为人们研究的热点。对于柔性传感器而言,柔性和灵敏度是评价其性能的两个核心指标,因此寻找合适的材料和结构就成为了设计柔性传感器首先要考虑的两个问题。目前关于柔性传感器的研究报道层出不穷,有些已经广泛应用于健康监测、医疗检测和电子皮肤等领域。然而随着用户隐私意识和对产品的要求的不断提高,人们希望柔性电子设备进行健康监测或者辅助疾病治疗的同时做到“隐形”,因此柔性传感器的高透过率,即透明度,又成为了目前学术研究的一个热点。本文利用一元醇法制备Ag NWs,通过对反应过程中AgNO_3和PVP的摩尔比、助离子试剂的种类和物质的量、反应温度、反应时间等实验参量的控制,制备得到直径为50 nm、长度为40μm、银颗粒杂质含量低的Ag NWs。本文针对传统水浴提拉法机理进行了深入探讨和完善。探究了Ag NWs在液面漂浮、向衬底转移和在衬底上实现等距且定向排布结构过程的原理,验证了其在液面上自组装过程,并从力学角度对自组装的原理做了分析。本文利用提拉法在柔性透明的PDMS衬底上制备了具有双层垂直定向排布结构的银纳米线网络,设计制备了一种高透过率、高灵敏度的柔性电阻传感器,重点研究了提拉法形成纳米线定向排布的机理,根据机理对Ag NWs排布间距控制因素进行了定性和定量分析,从而制备了具有不同Ag NWs排布间距的柔性传感器;探究了不同Ag NWs排布间距对传感器透过率、导电性、灵敏度、稳定性和可靠性等方面性能的影响。测试结果表明,随着Ag NWs排布间距的减小,传感器的透过率、灵敏度呈逐渐下降趋势,而导电性、稳定性和可靠性则呈逐渐上升趋势,其中方阻为26.9Ω/sq时,透过率为87.2%,且当拉伸应变为30%时,传感器灵敏度因子为90.3,远远满足多种日常应用中对传感器性能的要求。将制备的柔性应变传感器应用于VR手套,以实现虚拟现实交互和动作的捕捉与还原。将柔性传感器装置在机械手套关节处,通过蓝牙模块将传感器电信号传输到计算机中,经过计算机中软件对信号的整合后显示出相应的手势,实现了虚拟现实交互和动作的捕捉与还原。因此,本文所制备的柔性传感器在柔性、导电性、透过率、灵敏度、稳定性和可靠性等方面都已具备未来柔性可穿戴设备性能要求,并在未来动作监测、医疗检测和休闲娱乐等领域有着巨大的发展潜力。
【图文】：

示意图,浸渍法,过程,示意图

图 1-1 浸渍法的过程示意图[32]a）浸渍；b）提拉；c）吸附；d）透过率与浸渍次数的关系（3）抽滤法抽滤法是将 Ag NWs 分散液置于铺垫微孔滤膜的溶剂过滤器中，在真空泵的作用下 Ag NWs 与乙醇溶剂分离，并吸附在微孔滤膜上，然后通过热压或其他化学方法将 Ag NWs 转移到衬底上，形成透明导电薄膜。其原理图如图 1-2a）所示[33]。De[34]等向 Ag NWs 异丙醇溶液中加入去离子水稀释至 0.002 mg/mL，然后用MCE膜进行抽滤，将抽滤后带有Ag NWs的滤膜贴附到PET上加热至100 ℃，同时在上方放置 3 kg 的重物加压，维持 2 h。经过丙酮蒸气熏蒸、丙酮液体浸泡、甲醇浸泡后 MCE 滤膜被除去，得到透明导电薄膜。经测量，当透过率为85%时，，其方阻仅为 13 Ω/sq。

抽滤法,膜层厚度,流程,示意图

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