【摘 要】
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柔性/可穿戴便携式电子产品是未来电子元器件的发展方向。其中,柔性电容器作为最基本的电子器件,是柔性电子产品的基石。因此,开发具有优异力学性能和电化学性能的柔性电化学电容器十分重要。本文旨在开发一种柔性大、力学性能高和电化学性能稳定的芳纶纤维基弹性电容器。以高弹性、高拉伸强度和质轻为技术目标,设计了三种不同编织结构的芳纶纤维基弹性电容绳,分别是KF/Ag-TE-KF/Ag、KF/Ag-FE-KF/A
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柔性/可穿戴便携式电子产品是未来电子元器件的发展方向。其中,柔性电容器作为最基本的电子器件,是柔性电子产品的基石。因此,开发具有优异力学性能和电化学性能的柔性电化学电容器十分重要。本文旨在开发一种柔性大、力学性能高和电化学性能稳定的芳纶纤维基弹性电容器。以高弹性、高拉伸强度和质轻为技术目标,设计了三种不同编织结构的芳纶纤维基弹性电容绳,分别是KF/Ag-TE-KF/Ag、KF/Ag-FE-KF/Ag、KF/Ag-KF-KF/Ag结构。通过力学性能测试,弹性性能测试及吸液测试,发现KF/Ag-KF-KF/Ag弹性电容绳结构的拉伸强力为114.8 N,比强度为1.849×10~4N·m·kg-1,虽然力学性能小于其他两种结构,但弹性好、质轻、吸液能力强,而且形变能力强,能够满足人体运动的75%形变要求。设计了KOH/PVA和C8H21NO/PVA凝胶电解质,通过SEM,FT-IR,Raman表征它们的形貌及结构,并对环境稳定性进行探究,发现常温常压条件下干燥24 h后,电解质重量分别下降了13.97%和8.24%。同时,TG表征发现,KOH/PVA水分散失情况比C8H21NO/PVA高34%左右,证明C8H21NO/PVA凝胶电解质的环境稳定性更好。将两种电解质涂敷到弹性电容绳上,拉伸测试发现两种绳子断裂所用载荷分别为112.3 N,115.3 N,可见两种凝胶电解质对电容绳的力学性能基本无影响。选用不同组成的活性炭材料对电容器进行了组装与电性能测试。通过SEM表征活性炭材料形貌,并与凝胶电解质一起组装成芳纶纤维基弹性电容器。经过测试,发现当活性炭:PVDF:乙炔黑的配比为8:1:1时,芳纶纤维弹性电容器的电化学性能最好,比电容可达到0.924 m F·cm-1。对芳纶纤维基弹性电容器的电化学稳定性进行系统的研究,发现芳纶纤维基弹性电容器在CV测试循环1000圈时,电容保持率可达到92.18%;在弯折不同角度时,电容性能几乎没有变化;在弯折500次后,电容保持率为82.19%;拉伸形变为75%时,电容保持率为79.45%。总体上,芳纶纤维基弹性电容器体现出很好的柔韧性和良好的电化学稳定性。基于芳纶纤维基弹性电容器,设计了桥式整流电路,对交流电信号进行了整流与滤波,实现了弹性电容器的功能验证。
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