论文部分内容阅读
近年来，可拉伸器件已经应用到人们生活的方方面面，引起了科技工作者的广泛关注。作为可拉伸器件的基础，弹性导电纳米复合材料是目前研究的热点。基于弹性纳米复合材料的电子器件可以实现伸缩和弯曲等一系列的操作，使得电子器件的可穿戴、可拉伸和可植入成为可能。
本文采用溶液混合一刮涂工艺将导电填料均匀地分散在弹性体基质中，制备得到CB(碳黑)-TPU(热塑性聚氨酯)和Graphene(石墨烯)-TPU导电纳米复合材料。根据渗流理论得到CB-TPU和Graphene-TPU复合材料的渗流阂值分别为3.5vol%和2.2vol%，电导率与lg(φ-φ0)呈现出较好的线性关系。随着体积分数的增加，两种复合材料的电阻变化率R/R0随拉伸应变的响应呈现出不同的规律，但电阻变化率的指数增长区域均满足：R/R0∝10nc复合材料的杨氏模量随着体积分数的增加而增加，CB易于提高复合材料的拉伸强度，而石墨烯更容易提高复合材料的杨氏模量。
利用导电填料之间的协同效应，将不同比例的石墨烯和CB混合制备Graphene/CB-TPU导电纳米复合材料，测试结果表明复合材料拥有更低的渗流阈值，并且导电性能和拉伸性能同时提高,其中Graphene/CB3∶7-TPU-15.1vol%复合材料具有高达12.5Scm-1的初始电导率，以及高达140%的断裂伸长率，性能显著优于同体积分数下单一导电填料复合材料。此外，该复合材料具有较好的机电性能稳定性，能够在1000次循环中保持稳定的R/R0随拉伸应变响应。通过3D直写打印制备Graphene/CB3∶7-TPU-15.1vol%复合材料，并与刮涂制备的复合材料对比，发现具有几乎相同的性能。使用该材料作为集流体制备固态可拉伸Zn-MnO2电池，具有324.7mAhg-1的初始放电比容量，以及95%的库伦效率。同样使用该材料制备了可拉伸MnO2超级电容器，具有72.6mFcm-2的面积比电容。并且可以通过调整石墨烯和CB比例和总含碳量将其应用于应变传感器。证明Graphene/CB-TPU复合材料在可拉伸电子器件领域具有一定的应用潜力。
本文采用溶液混合一刮涂工艺将导电填料均匀地分散在弹性体基质中，制备得到CB(碳黑)-TPU(热塑性聚氨酯)和Graphene(石墨烯)-TPU导电纳米复合材料。根据渗流理论得到CB-TPU和Graphene-TPU复合材料的渗流阂值分别为3.5vol%和2.2vol%，电导率与lg(φ-φ0)呈现出较好的线性关系。随着体积分数的增加，两种复合材料的电阻变化率R/R0随拉伸应变的响应呈现出不同的规律，但电阻变化率的指数增长区域均满足：R/R0∝10nc复合材料的杨氏模量随着体积分数的增加而增加，CB易于提高复合材料的拉伸强度，而石墨烯更容易提高复合材料的杨氏模量。
利用导电填料之间的协同效应，将不同比例的石墨烯和CB混合制备Graphene/CB-TPU导电纳米复合材料，测试结果表明复合材料拥有更低的渗流阈值，并且导电性能和拉伸性能同时提高,其中Graphene/CB3∶7-TPU-15.1vol%复合材料具有高达12.5Scm-1的初始电导率，以及高达140%的断裂伸长率，性能显著优于同体积分数下单一导电填料复合材料。此外，该复合材料具有较好的机电性能稳定性，能够在1000次循环中保持稳定的R/R0随拉伸应变响应。通过3D直写打印制备Graphene/CB3∶7-TPU-15.1vol%复合材料，并与刮涂制备的复合材料对比，发现具有几乎相同的性能。使用该材料作为集流体制备固态可拉伸Zn-MnO2电池，具有324.7mAhg-1的初始放电比容量，以及95%的库伦效率。同样使用该材料制备了可拉伸MnO2超级电容器，具有72.6mFcm-2的面积比电容。并且可以通过调整石墨烯和CB比例和总含碳量将其应用于应变传感器。证明Graphene/CB-TPU复合材料在可拉伸电子器件领域具有一定的应用潜力。