论文部分内容阅读
柔性透明导电薄膜作为柔性电子器件的核心组件,因其电热转化率高、可折叠卷曲、生成温度高等优点,在户外发热材料、发热器件、汽车除雪除冰等领域内应用广泛。现在用来制作透明导电薄膜的主要原材料是ITO(氧化铟锡),但ITO原材料稀缺导致其成本较高、且制备工艺复杂且不易加工在柔性基体上,这使得制备ITO柔性器件非常困难。未解决这个问题,研究者们研究了许多其他材料期望找到可以用于柔性器件制备的导电填料,在众多可选择的材料中,碳纳米管因其优异的性能,相对低廉的价格而最为有可能代替ITO。本文以聚乙烯醇缩丁醛(PVB)与热塑性聚氨酯(TPU)为基体,单壁碳纳米管(SWCNTs)为导电填料,使用连续喷涂设备,大面积制备出SWCNTs/PVB导电夹层薄膜以及SWCNTs/TPU导电薄膜状传感器,本文详细研究内容如下:(1)SWCNTs/PVB夹层膜与透明导电三层膜制备及性能研究使用SDS作为分散剂通过超声处理制备得到0.1 wt%.SWCNTs水分散液,接着使用连续喷涂设备制备得到SWCNTs/PVB导电夹层薄膜。分析了不同SDS与碳管浓度对于碳管水分散液的影响探讨了SWCNTs/PVB导电夹层膜的的光电性能、SWCNTs质量分数与喷涂次数之间的联系。由实验得,当喷涂次数增加时,SWCNTs/PVB导电夹层薄膜的透光率逐渐降低,而表面电阻则会先快速下降后缓慢下降。SWCNTs的质量分数与喷涂次数正相关。喷涂10次的SWCNTs/PVB导电夹层薄膜(IL-10)表现出最好的导电性,因此本文中选择它作为接下来实验的样品。通过真空热压的方法,使IL-10与两层PC粘接制得透明导电三层膜。通过对三层膜施加不同的直流电压并检测三层膜表面的温度,发现三层膜具有良好的电加热性能。接着采用电加热除冰测试验证了三层膜作为电加热除冰膜的可行性。除此之外,在研究其柔韧性的同时,发现三层膜的电阻对弯曲具有规律可重复的响应。随后,本文对三层膜的弯曲响应行为进行了表征。三层膜在不同弯曲速度与弯曲角度下都可以对弯曲作出稳定可重复的响应。(2)裂纹SWCNTs/TPU弯曲传感器的制备及性能研究以TPU薄膜为基体,使用连续喷涂法将SWCNTs水分散液喷涂到TPU薄膜上制得SWCNTs/TPU导电膜。随着喷涂次数的增加,表面电阻先大幅下降而后缓慢下降。对其弯曲传感性能进行研究,结果表明当弯曲程度相同时,表面电阻越大的样品电阻变化越大,但电阻的响应越不稳定,表面电阻越小的样品电阻变化越小,但电阻响应越稳定。为了获得明显且稳定的电阻响应,本文选用喷涂4次的SWCNTs/TPU导电膜作为接下来工作中使用的样品。为了获得更好的弯曲传感性能。本文使用有限元分析模拟薄膜弯曲传感器弯曲时表面的应力分布,并希望通过引入裂纹来分散应变集中。接着本文通过简单的切割法在TPU薄膜表面制备出不同方向与间距的裂纹,制得裂纹SWCNTs/TPU弯曲传感器并对它们的弯曲传感性能进行测试,实验结果与通过有限元分析模拟得到的结果一致,横向裂纹可以改善弯曲传感器的弯曲传感性能,使电阻变化更加规律。这表明通过构筑微结构来调控导电网络是可实现的,这对于使用经济的原材料来制备性能良好的传感器具有重要意义。