论文部分内容阅读
近年来,随着对柔性电子设备需求的不断增加,高性能柔性传感器引起了学界的广泛关注,但目前的传感器仍无法兼顾高灵敏度和高柔性。为此,需要开发特有的新型材料制备及加工技术。聚合物金属化在柔性电子的应用中最为广泛,引起了诸多关注。本工作围绕低温溶液法制备银/聚酰胺酸(poly(amic acid),PAA)复合结构展开,基于差分进化算法的反向传播神经网络模型(Back Propagation neural network based on Differential Evolution,DE-BPNN)优化工艺参数,实现了高阻态和高导态的可控制备,研究了材料的电学和机械特性,并探索了复合结构在柔性传感中的应用,实现了高灵敏度和宽应变范围的统一。论文主要内容如下:1、基于表面改性和离子交换技术,实现PAA表面金属银层的原位生长,获得了Ag/PAA复合结构。通过DE-BPNN优化工艺参数,实现了高阻态和高导态复合结构的可控制备。选取PAA浓度,硝酸银(Ag NO3)离子交换时间,硼氢化钠(Na BH4)浓度和还原时间4个工艺参数作为DE-BPNN模型的输入信息,Ag/PAA方块电阻和总工艺时间的乘积作为输出信息。选择1077组工艺参数作为学习样本,建立了DE-BPNN的工艺参数模型,得到优化的高阻态和高导态复合材料的生长条件;另外选择49组工艺参数作为测试样本,进行模型准确度预测,相对误差小于1.96%。结果表明,所建立的DE-BPNN模型可以得到全局性的工艺参数最优解。2、依据所建立的DE-BPNN模型,研究了Ag/PAA复合结构的柔性传感特性,分别制备电阻型应变式传感器和电容型压力式传感器阵列。利用高阻态Ag/PAA复合结构作为应变敏感材料,高导态Ag/PAA复合结构作为导电电极,进行了传感特性研究。结果表明,高阻态Ag/PAA复合结构所制备应变式传感器灵敏度是10.96,应变范围1%~9%,可以承受8000次弯曲应力测试,比未经模型优化的材料具有更好的稳定性;高导态Ag/PAA复合结构满足电极材料的要求,所制备的电容型阵列传感器可实时测量压力值变化。3、采用低温溶液化学退火的方法,改善表面金属层存在的缺陷,进一步升Ag/PAA复合结构性能。选择不同浓度的卤素盐溶液,通过浸泡处理,利用卤素盐对银纳米粒子(Ag NPs)融合改善表面金属银层的缺陷。结果表明,在高导态的Ag/PAA复合结构中,1wt%Na I溶液化学退火50s,可以使得表面方块电阻下降18.2%;而对于高阻态的Ag/PAA复合结构,化学退火对电阻的影响作用不明显。