一维纳米柔性电学器件的制造及其在温湿度传感中的应用

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基于柔性基底的电学器件由于其可贴肤的特性,已经成为便携式电学器件设计的主要趋势。基于纳米结构的电学器件由于其极高的灵敏度、良好的机械性能以及超低的功耗,在柔性可穿戴领域展现出了极大的应用价值。但基于柔性基底的纳米电学器件的制备依然存在着制造成本高、工艺复杂、与传统工艺不兼容等亟待解决的严峻问题。
  基于以上问题,本文利用一种基于软刻蚀的纳米毛细管成形技术,在柔性基底上制备出了排列整齐的导电高分子聚合物一维纳米线阵列,单根纳米线的线宽约70nm,纳米线阵列面积可以达1cm?1cm。在纳米尺度的限制下,材料的传感特性得到了进一步提高,将纳米线阵列集成为电学器件后,器件对温度及湿度变化可以做出快速的响应,展现出作为可穿戴温度和湿度传感器的巨大潜力。本文主要研究内容和成果包括:
  1.在柔性基底聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上制备出了大面积的一维聚(3,4-乙撑二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT: PSS)纳米线以及氧化石墨烯(GO)掺杂的PEDOT:PSS纳米线。纳米线阵列皆展现出较高的均一性,证明了该技术在柔性基底上制备功能性材料纳米线的普适性。
  2.在完成GO掺杂的PEDOT:PSS纳米线阵列制备的基础上,实现了基于该阵列的柔性温度传感器的制造,并对该传感器的温度传感机理进行了研究,解释了其快速响应的原理。通过将其应用于人体体温的快速检测,验证了其在健康监测方面的巨大潜力。
  3.在完成PEDOT:PSS纳米线阵列制备的基础上,实现了基于该阵列的柔性湿度传感器的制造。并对该传感器的湿度传感机理进行了研究,对其快速响应的原理进行了解释。同时对传感器的机械性能进行了试验和分析。最后成功将其应用到了人体呼吸的检测当中。通过无线传输电路板的设计制造和手机应用软件的设计,成功将传感器集成为可通过蓝牙与手机进行实时交互的无线呼吸检测系统,并验证了其在移动健康监测方面的巨大潜力。
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