基于银纳米线-TPU/PVDF柔性薄膜传感器的研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:songyang1988
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本文以银纳米线(AgNWs)作为电容电极材料,聚氨酯/聚偏氟乙烯(TPU/PVDF)柔性薄膜为电容介质层,实验制备了柔性薄膜传感器。研究内容包括AgNWs的制备、TPU/PVDF薄膜的制备、组装柔性薄膜传感器及其结构性能测试三个部分。银纳米线(AgNWs)是指其横向尺寸小于100nm的材料,具有优异的导电性、耐曲挠度,良好的光学、催化等性能,在电子、生物和催化等领域应用广泛。本文采用多元醇法制备银纳米线,在高温条件下获得形貌光滑、长度均匀、长径比高达830的AgNWs。采用溶液流延法制备PVDF薄膜,为了提高薄膜的韧性,在PVDF溶液中加入一定质量的热塑性聚氨酯(TPU),以得到了 TPU/PVDF复合薄膜材料,通过极化使得PVDF晶型由α相转变为β相,探讨在TPU与PVDF不同质量比情况下,复合薄膜的性能差异。以AgNWs作为柔性薄膜电容的电极,在常温条件下进行电极涂覆组装,以TPU/PVDF复合薄膜材料作为中间的介电层,制备得到柔性薄膜传感器,并应用电化学工作站、数字电桥等仪器进行了相关性能测试。本文具体研究内容如下:1.应用多元醇法合成了长径比为830的AgNWs。在探究影响AgNWs的形成因素中,实验通过改变成核控制剂种类、反应时间、硝酸银滴加速度和硝酸银浓度等因素,表征生成AgNWs的结构形态和性能,研究分析影响AgNWs生成的原因。实验研究表明,在160℃条件下,合成反应时间为1.5h,CuCl2浓度为3mmol/L时,合成的AgNWs表面光滑,粗细均匀,无其他纳米粒子生成,平均直径约62nm,平均长度约为51μm,长径比约为830,为实验室合成AgNWs的优选方案。2.利用溶液流延法制备了 TPU/PVDF薄膜。通过对薄膜的DSC测试发现,随着TPU的增加,TPU/PVDF薄膜材料的结晶度出现先降低,后增加的趋势;对材料XRD的测试结果显示,实验制备的TPU/PVDF复合材料内部存在大量β晶体,尤其是当TPU/PVDF质量比为20%时,材料内部的β晶体明显,也表明实验成功获得压电薄膜。材料的断裂强力随着TPU质量的增加先迅速降低,降低到一定程度后又缓慢增加。断裂伸长率随着TPU的增加而不断增加。3.通过浸渍法对压电薄膜进行电极涂覆,组装得到TPU/PVDF柔性薄膜传感器。传感器表面电极附着良好,测试了不同柔性传感器的方块电阻值,当TPU与PVDF质量比为20%时,方阻最低,值为15.635mΩ/sq。通过CV曲线测试,该器材具有良好的充放电性能,并且电化学性能稳定。随着传感器弯曲角度的增加,其输出电容值也在不断增大,当弯曲角度达到180°时,输出最大电容4.38mF,通过软件拟合,得到相关系数R2=0.996,可以认为弯曲角度与输出电压成正相关,该传感器线性度好。
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