透明导电薄膜是人们生活中常用的电子设备之一,它可用于柔性太阳能电池、触摸显示器、电子皮肤、纳米发电机和智能窗户等。同时柔性导电薄膜作为电阻型加热器还是一种重要的温度调节器。作为一种新兴的应用技术,电阻加热器有望成为与人体结合的可穿戴式热疗设备。可穿戴热疗作为一种有效的物理治疗方法被广泛用于减轻因关节损伤引起的疼痛和改善局部血液循环。因此,为满足能与人体实际情况结合的可穿戴要求,我们应该尤为注意柔性加热器的结构设计。首先,考虑到当加热器覆盖到人体的关节位置处时,人体的运动会影响到加热效果,因此需要加热器与人体保持很好的贴合性以及优异的机械拉伸性能。此外,汗液的积累也不利于人体的健康,因此设备的透气性也是薄膜制备时需要考虑的因素之一。本论文设计了两种结构的柔性导电薄膜用于可穿戴加热器的研究。两种器件结构都结合了聚二甲基硅氧烷(PDMS)的柔性和银纳米线(Ag NWs)优异导电性的优势。实验中三明治结构导电薄膜的制备保证了器件的柔性和高效的热传导性,在此基础上,实验中使用模板法制备了聚二甲基硅氧烷包覆银纳米线的3D导电网络结构,实现了器件的透气性。主要研究内容为:(1)三明治结构柔性导电薄膜的制备及其性能的研究。本章实验主要用简单的旋涂法制备获得了三明治结构的柔性导电薄膜用于加热器的研究。银纳米线被夹在两层PDMS薄膜之间,这样的结构使样品不仅具有优异的机械拉伸性能,而且使导电银纳米线免受外界环境的影响。实验中,柔性导电薄膜的表面电阻和透明度是由银纳米线悬浊液的旋涂量来调控的。薄膜的表面电阻由30.0Ω/sq降低到5.4Ω/sq时,在波长为600 nm处,其透明度从70%降低到了46%,即薄膜的透明度与其电阻呈正相关的关系。此外三明治结构的柔性薄膜最大拉伸量可达到200%,且在拉伸量为50%的1000次疲劳测试后,设备几乎可以恢复到最初的状态。对样品进行加热测试分析,施加3.0 V的稳恒电压时,稳态温度可达到81℃。同时为了模拟器件的实际加热情况,实验中将三明治结构的薄膜加热器覆盖到动物表皮处,测量了表皮下5 mm处温度的变化情况,发现此处温度最高可以被升高12℃。此外对设备的加热性能进行了拟合分析,发现加热器的能量转换效率(电能转换为设备表面的热能)随着器件自身温度的升高而降低。在外接输入电压为3 V的条件下,设备的电热最大转换效率可达到60%。(2)基于3D导电网络的柔性透气薄膜加热器。实验以泡沫镍为模板,通过旋涂法以及化学腐蚀的方法制备获得了3D导电网络结构的柔性透气导电薄膜。薄膜可以透过各种液体蒸汽,且在45℃的条件下,对去离子水的透过量为7mg/cm~2·h。柔性透气导电薄膜用于薄膜加热器时,在3.5 V的低电压下可以从室温(23℃)加热到67℃,且它的热阻为142.5℃·cm~2/W。对薄膜加热器进行机械柔性的测试,在10%的拉伸量下,经过1000次的拉伸循环后,加热器的电阻基本保持不变。同时在加热的情况下对样品进行弯折测试,弯折100次的过程中加热器的稳态温度仍然维持在一个稳定值的附近。为了保证薄膜加热器的实际应用,拉伸状态下,加热性能的变化也是值得关注的,实验结果表明,拉伸量为20%的状态下,稳态温度仍然可以保持原状的74%。