【摘 要】
：
可拉伸导电复合材料（Stretchable Electrically Conductive Composites,SECC）是一种由可拉伸基体和导电网络组成的、在拉伸状态下仍具有导电性质的一类复合材料,在柔性电极、柔性传感材料、柔性电路及柔性储能器件中均具有广泛的应用前景,是当前柔性电子科研领域中重要的研究方向。在实际应用中,由于可拉伸导电复合材料面临动态下的使用（如往复拉伸、弯曲和扭曲等）,也不
【基金项目】
：
国家自然科学基金; 广东省科技计划项目; 广州市科技发展项目; 优秀博士创新基金
论文部分内容阅读
可拉伸导电复合材料（Stretchable Electrically Conductive Composites,SECC）是一种由可拉伸基体和导电网络组成的、在拉伸状态下仍具有导电性质的一类复合材料,在柔性电极、柔性传感材料、柔性电路及柔性储能器件中均具有广泛的应用前景,是当前柔性电子科研领域中重要的研究方向。在实际应用中,由于可拉伸导电复合材料面临动态下的使用（如往复拉伸、弯曲和扭曲等）,也不可避免地受外部环境影响（如刮、擦、冲击和剥离等）,易造成电性能的不稳定,甚至是破坏,这严重限制了SECC的发展和应用。基于此,本文通过引入自修复特性以改善SECC的稳定性问题,通过构筑几种不同的自修复网络,研究了其自修复性能与电学和力学性能之间在结构与性能方面的关系和作用机理。针对可拉伸导体中常用的石墨烯（Graphene,GE）和银纳米线（Silver nanowires,Ag NWs）等填料易在弹性基体中团聚并严重影响渗流阈值及力敏传感性能的问题,通过在体系中引入低温可熔融的聚己内酯微球（m-PCL）,利用氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）二维材料良好的贴附性,对m-PCL进行包裹（GO@m-PCL）;再利用GO与Ag NWs的氢键相互作用,吸引Ag NWs到GO@m-PCL表面,构筑了Ag NWs均匀分散的杂化网络结构。最后通过浇筑液态聚硅氧烷（PDMS）制备出可拉伸力敏传感材料后。该材料表现出较高的电导率（0.45 S/m）、灵敏度(0.26 rad-1)和稳定性（超过2400次拉伸-回复循环）等电学及力敏传感性能。更重要的是,m-PCL还赋予了该力敏传感材料优良的电学自修复性能,可以在80℃下10 min内实现电导率80%的自修复效率,并表现出较好的稳定性。总之,本工作构筑了m-PCL/GO/Ag NWs杂化自修复网络,降低了导电网络的渗流阈值并提高了灵敏度,并在肢体运动监测中得到成功应用。为了能够实现力敏传感材料对人体或自然界中极小或较大应变的响应,研究人员期望开发出高灵敏、宽检测范围的力敏传感材料。本研究创新性地提出利用水凝胶低模量及自粘附的性质,保证水凝胶能够跟随皮肤极小应变做出相应形变,并实现对极小应变的响应。通过采用四硼酸钠交联聚乙烯醇（PVA）和聚多巴胺（PDA）的共混物,得到可任意塑形的离子导电水凝胶。该水凝胶具有较低的模量和自粘附性能,同时表现出对极小形变和大形变的响应的能力;此外,还可以借助四硼酸钠与聚合物分子链之间的氢键和硼酯键实现室温快速（250 ms）的电学及力学的自修复。该工作构筑的含氢键及硼酯键的自修复PVA/PDA离子导电网络,较好地实现了对人体中极为微弱（应变大于0.1%）的信号,如脉搏跳动、呼吸或发声时声带振动等的捕捉;同时,还可以同时检测较大（高达500%）的应变（如膝盖弯曲等）,在人体健康监测中具有较好的应用前景。当前,要制备同时具有较高拉伸、较高力学强度以及快速、简单且高效的自修复等特点的弹性体,依旧充满挑战。针对该问题,本研究采用N,N’-二叔丁基乙二胺（DTB）将受阻脲键（Hindered urea bond,HUB）和动态氢键一起引入含PDMS的柔性基体中。制得的PDMS1-DTB0.5弹性体通过氢键和动态共价键两者的平衡,拥有优异的力学性能,其拉伸强度可达2.9 MPa,断裂伸长率达670%;并且,借助HUB与氢键的协同作用,该弹性体可在60℃下,30 min实现92%的自修复效率。因此,该材料在做为SECC基体时具有较大潜力。SECC在变形时,导电层由于受到弹性体基体变形时的较高应力,易从基体滑移甚至脱落;此外,导电层也可能由于外界的影响如划伤和撞击过程中等发生剥落或损坏。本研究发现,具有可逆共价键的弹性体在拓扑冻结转变温度下,利用链段的运动可以很好地实现对导电填料的包覆,从而得到稳定的导电网络。利用所制备的弹性体,在60℃时进行喷涂加工,基于该基体的导电涂层表现出耐水冲洗、耐胶带剥离和耐超声破坏等特性。与在SECC中广泛使用的硅橡胶道康宁Sylgard 184相比,该基体在力学性能相似的情况下,赋予SECC良好的电学自修复性能。实验证明,其高稳定及自修复性能均是由动态脲键及氢键的协同网络所带来的。并且,上述相关的性能在Ag NWs、碳纳米管、银粉和液态金属等多种填料通过喷涂、刮涂及打印等多种加工方法均得到验证。基于以上性能,该导体有望应用于可拉伸自修复导体及线路中。
其他文献
神经动作选择是大脑的基本决策活动,基底神经节（Basal Ganglia,BG）对运动、认知和情感功能的协调至关重要.构建不同类型的基底神经节计算模型,并在这些模型上进行不同层次的分析是我们理解基底神经节回路功能的重要途径.神经计算框架下构建的生物物理回路计算模型能够抓住生物系统的本质特征,允许我们探究它们的生理过程和动力学行为.受功能原理约束的抽象模型能够帮助我们理解导致认知过程（如学习、行为选
随着石油资源的日益枯竭和环境污染的日益加重,为了有效解决能源危机、温室效应和大气环境污染等问题,寻找一种绿色可持续能源代替化石能源成为全世界迫在眉睫的要务。党的十八大以来,习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的科学论断,大气污染治理是生态环境保护的重要内容之一。我国是农业大国,每年剩余的农作物秸秆在秋冬季节大部分进行焚烧处理,增加区域性雾霾天气发生的可能性。利用丰富的、可再生的木质纤维素原料生
无线通信技术是信息化、数字化社会的重要基础,在人们的生活、国民经济和国防应用中占据着重要地位。5G移动通信正极大地改变人们的生活方式和众多领域的商业模式,且不断推动B5G、6G等未来技术前进。大规模MIMO天线技术和多频共口径天线融合技术在5G及未来移动通信技术中占有重要地位,是应对未来移动通信系统多频段化、多制式化、多功能化、多标准化等挑战的重要技术途径。本论文开展宽带多天线融合及解耦方法研究,
氧化物锂离子固体电解质因其具有高锂离子电导率、宽电化学窗口、高热稳定性和高机械强度等优点,在下一代储能电池—固态锂金属电池中被广泛研究。使用氧化物固体电解质的固态锂金属电池有望同时兼具高能量密度和高安全性,突破使用液态电解液的锂离子电池的瓶颈问题。当前由于氧化物电解质的密度较大和自身高的刚性带来的界面问题使得使用氧化物电解质的固态锂金属电池仍存在电极/电解质固-固界面阻抗高和能量密度低这两大难题。
紫外光探测器件在光通讯、光开关和光成像等领域具有广泛的应用前景。直接带隙半导体氧化锌材料的禁带宽度为3.4 e V,室温激子束缚能为60 me V,环境友好且易于制备,有望在紫外光探测领域应用。然而,本征氧化锌载流子浓度较低、电子空穴复合速率较快等缺点限制了其光探测应用。本论文针对上述问题,设计并制备基于氧化锌复合结构,包括同质结、异质结的构建及等离子金的修饰,实现了氧化锌纳米材料紫外探测器性能的
基于人类社会碳中和的远景规划以及可持续发展目标,实现人工碳循环闭环以及使用非碳基燃料已迫在眉睫。近年来,利用太阳能、风能等可再生能源作为电源的电化学合成方法,由于其环保、简易、可控的特性得到国内外研究者的广泛关注。CO2及N2的电化学还原,不仅可减少空气中的CO2排放,同时可利用地球上最广泛的资源N2和H2O生产高附加值化学品,其已成为研究热点方向。然而,目前电化学CO2或N2还原反应（ECRR或
随着电动汽车数量的迅速增长对应的安全问题也日益突显。电动汽车碰撞事故中,锂电池在机械滥用下的变形失效是导致内部短路和热失控的因素之一。论文通过试验分析、建模仿真和理论解析三种方法,揭示了车用方形锂电池在机械挤压载荷下的力学行为和变形失效,建立了预测电池结构变形失效的力学模型,改善了对方形锂电池机械滥用下内部短路失效的认知。研究从介观和宏观尺度全面地分析了方形锂电池的机械响应特性和变形失效模式,对于
背景蛋白质在生命体进行各项生理活动中必不可少。然而,与动物蛋白质相比,植物蛋白质通常被认为具有降低健康风险的作用。此外,蛋白质的多种生理活性主要通过其释放的小肽而得以实现,例如二肽、三肽和其他寡肽仅在蛋白质消化或水解时释放。这些食源性的生物活性肽可发挥免疫调节、抗菌、抗高血压、抗癌、抗衰老和阿片类物质的生理活性,能够显著调节心血管、内分泌、消化、骨骼肌和神经系统等的功能,对人体生理健康具有重要作用
低光照条件下光子不足、信噪比低,采集到的视觉数据有低对比度、色偏、噪声等严重的质量问题,这使得图像中的信息难以被有效提取,而光照和噪声在空间上的非均匀分布使得问题更为困难,这对计算机视觉系统中的图像增强和识别算法在真实场景中的应用而言是一个巨大的挑战。主流的低光照图像增强方法基于图像的Retinex分解,这是一个病态问题,而噪声的存在进一步增加了其病态性。本文首先基于噪声和光照之间的内在联系,分别
随着可再生能源、储能、需求侧资源等分布式设备的大量接入,智能配电网源荷两侧多重不确定性对于系统安全运行有着显著影响。研究能够根据系统实时状态而动态调整决策的日内优化调度策略,对于促进可再生能源消纳、提升系统运行水平意义重大。智能配电网日内优化调度本质上是一个具有高维连续-离散状态决策空间和复杂约束的随机序贯决策问题。电力系统中常用的日内优化调度算法存在过度依赖预测信息、计算复杂和最优性难以保证等缺