【摘 要】
：
柔性应力传感材料是实现对外界应力刺激（如拉伸、压缩和弯曲等）监测的重要器件,在电子皮肤、人工智能和可穿戴设备领域具有良好的应用前景。柔性聚合物基应力传感复合材料由于其优异的可穿戴性和耐化学腐蚀性被广泛用于人体医疗和运动健康监测等。然而,要达到高灵敏的应力传感性能,通常需要较高的导电填料用量,严重降低了复合材料的力学性能和可加工性。而且,由于可穿戴电子设备需要与人体皮肤的长时间接触,其良好的透气性、
论文部分内容阅读
柔性应力传感材料是实现对外界应力刺激（如拉伸、压缩和弯曲等）监测的重要器件,在电子皮肤、人工智能和可穿戴设备领域具有良好的应用前景。柔性聚合物基应力传感复合材料由于其优异的可穿戴性和耐化学腐蚀性被广泛用于人体医疗和运动健康监测等。然而,要达到高灵敏的应力传感性能,通常需要较高的导电填料用量,严重降低了复合材料的力学性能和可加工性。而且,由于可穿戴电子设备需要与人体皮肤的长时间接触,其良好的透气性、生物相容性和柔软性也非常重要。此外,目前大多电子设备以传统电池作为电源,限制其向微小型化发展。电池由于使用寿命有限需定期充电或更换,回收困难且处理不当容易造成环境污染。因此,选择合适的基体材料、设计适当的结构以及解决传感材料供电问题成为该领域亟需解决的难题。针对上述问题,本论文以具有良好生物相容性和透气性的天然皮革作为柔性基体,通过真空辅助抽滤法制备多功能可穿戴银纳米线沉积皮革（AgNWs/皮革）压阻传感复合材料;通过磁场辅助原位生长法制备纤毛阵列聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜,再经浸涂法制备Ti3C2Tx MXene包覆钴/聚二甲基硅氧烷（Co/PDMS@MXene）压阻传感复合材料;将纤毛阵列PDMS薄膜与铜箔组装得到基于摩擦纳米发电机的自供电应力传感复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线衍射仪（XRD）等表征分析三种柔性应力传感复合材料的结构与形貌,并详细研究其电学性能、应力传感性能、力学性能、焦耳加热性能和电磁屏蔽性能等。本论文取得的主要结论如下:（1）以天然皮革为基体,通过简便高效的真空辅助抽滤工艺制备了多功能可穿戴AgNWs/皮革压阻传感复合材料。高导电AgNWs在真空辅助抽滤的作用下进入皮革肉面的多孔结构中,与胶原纤维束形成物理缠绕和氢键作用,并构筑形成高效3D导电网络。所得AgNWs/皮革传感复合材料具有良好的导电性能（方阻为0.8 Ω·sq-1）、压阻传感性能（响应时间:50 ms）、焦耳加热性能（108℃）和电磁屏蔽性能（55 dB）。此外,复合材料还拥有良好的耐热性（热降解温度为300℃）、力学性能（拉伸强度和断裂应变分别为16.7MPa和51.1%）、疏水性和工作稳定性,在电子皮肤、能量转换和可穿戴设备等领域具有良好的应用潜力。（2）为制备得到具有更高灵敏的应力传感复合材料,模拟皮革表面纤毛结构,通过磁场辅助原位生长法制备纤毛阵列Co/PDMS薄膜,然后浸涂Ti3C2Tx MXene制备导电Co/PDMS@MXene复合薄膜,并与导电叉指电极组装得到纤毛阵列Co/PDMS@MXene压阻传感复合材料。多巴胺改性显著提高Ti3C2Tx MXene在Co/PDMS薄膜表面的结合强度和分布均匀性,纤毛阵列结构赋予传感复合材料高灵敏性。所得纤毛阵列Co/PDMS@MXene压阻传感复合材料的相对电流变化随着外施应力的增大而增大,具有较高的灵敏度（29.4kPa-1）、快速响应性（0.25s）和良好的工作稳定性,在人体运动和健康监测中表现出良好的应用前景。（3）为解决应力传感材料大多需外接供电设施的问题,以纤毛阵列Co/PDMS薄膜为负摩擦层,铜箔为正摩擦层和导电层,基于摩擦纳米发电机接触-分离模式组装得到纤毛阵列Co/PDMS自供电应力传感复合材料。通过控制磁性Co粒子含量可以调控纤毛长度和长径比。当磁性Co粒子含量为6.98 wt%时,纤毛阵列的长径比最大为10.3,组装得到的自供电应力传感复合材料的输出电压和电流分别达到102 V和220 nA。当外接5 MΩ电阻时瞬时功率密度达到4.7mW·m-2,能够瞬时点亮50个蓝色LED灯。自供电应力传感复合材料的输出电压随着外施应力的增大而增大,灵敏度最高达到15.42V·kPa-1,在自驱动人体运动监测中具有良好的应用价值。
其他文献
目的:三尖瓣反流（Tricuspid Regurgitation,TR）是常见的心脏瓣膜病之一,TR起病隐匿,多数患者病程发展缓慢,出现症状的严重TR患者常处于疾病晚期,此类患者往往年龄大,体质弱,合并症多,传统外科手术围术期病死率以及并发症率高,这导致了这部分患者治疗率低,晚期患者生活质量差,中远期生存率低,如何治疗患者成为一个摆在全球医生面前的难题。近十年来,国际上相继出现各种介入治疗TR的方
发展绿色环保的新能源对解决全球能源问题至关重要。由于太阳能取之不尽、使用方便、可持续性等优点,太阳光诱导技术成为实现太阳能向高附加值化学能转换的一种很有潜力的方法。特别是氢能,因其高附加值、绿色、易储存等特点,被认为是一种重要的可持续新能源。太阳光诱导分解水制氢技术在发展氢能方面具有巨大潜力。然而,光响应性差和光激载流子易复合等问题严重影响了传统半导体光催化剂的催化性能,阻碍了其在环境和能源领域的
随着工业的飞速发展,大量含有阴离子污染物的废水被排入河流及地下水中,造成严重的水体污染。这些污染物具有致癌、致畸、致突变作用,严重危害人类健康。目前,去除水中阴离子污染物的方法有:吸附法、化学还原法、离子交换法、混凝法、生物膜法。其中,化学还原法易造成二次污染,离子交换法成本较高,混凝法技术还未成熟,生物膜法所用的膜寿命有限。而吸附法因其成本低、操作简便等优点被广泛运用,但去除效果不理想。因此,研
随着电子产品的快速发展,对储能设备的需求越来越高,越来越多的科研人员专注于储能装置的设计与开发。储能器件的性能主要取决于电极材料,因此,开发低成本、环境友好、高容量的电极材料是主流趋势,也是突破高性能储能设备的关键。层状锂镍钴锰氧化物由于具有成本低、比容量大的优点被广泛应用,但是这种电极材料循环性能差、容量保持率低等缺点限制了其在锂离子电池和超级电容器中的实际应用性。因此,通过改性提高层状锂镍钴锰
目前油气采收深度已经达到3000～5000 m,引起矿化度和温度增加,采收难度增大。为了提高采收率,一般在采收过程加入盐酸等酸化介质,疏通油路,提高油品流动性,从而提高采收率。盐酸的加入会加速管道设备的腐蚀,需要在酸化过程中添加缓蚀剂来降低对金属的腐蚀。曼尼希碱季铵盐类化合物因毒性低,耐温性好,缓蚀性能优良,在抑制金属腐蚀方面得到应用广泛。本研究以对羟基苯甲醛、二乙烯三胺为原料合成出PHB-DET
聚氨酯因其优异的综合性能而被广泛应用于多个领域。但是,其在使用过程中难免会受到磨损,导致性能大幅度下降。因此,开发具有自修复功能的聚氨酯材料具有重要的意义。基于可逆共价键的本征型自修复材料具有较好的机械性能,但是其修复过程常需较苛刻的外界刺激且修复效率较低;而基于可逆非共价键的本征型自修复材料在温和条件下具有较高的修复效率,但是材料的机械性能较低。因此,如何开发能够在温和条件下进行自修复且兼具优异
微藻因油脂含量高、分布范围广、生长速度快等优点,具有很高的利用价值。目前,藻细胞收获成本过高是制约微藻产业化生产的瓶颈,寻找一种低成本、高效率的细胞采收方法是微藻能源开发的关键。生物絮凝法具有毒性小、成本低、效率高等优点,近年来在微藻生物能源领域受到广泛关注。已经证实微藻培养体系内存在大量的共栖细菌,可以通过信号分子诱导、营养互作等方式影响微藻的生长代谢,进而影响微藻生物量积累。然而对于藻际环境中
近年来,绿色、环保、可持续的理念受到人们的广泛关注,基于此,毒性及挥发性较强的溶剂型涂料正在被水性涂料所代替。水性涂料中重要的成膜物质为含氟丙烯酸酯乳液,众所周知水性涂料具有低VOC、以水为介质且绿色环保的优点,但含氟丙烯酸酯乳液往往在疏水性、热稳定性及机械性能方面存在一定缺陷,且性能较为单一,这使得新型水性涂料相比传统溶剂型涂料而言,不仅需要提升涂料各项性能,而且需要拓宽水性涂料的应用范围。为改
超级电容器作为一种新型能源存储器件,由于其具有较高功率密度、优越的循环稳定性以及相对的安全性备受关注。对于超级电容器,开发性能卓越、环境友好的电极材料至关重要。其中,金属镍基硒化物凭借优异的导电性、高电荷存储能力和多样的结构等优势,成为超级电容器最有前途的电极材料之一。然而,单一的镍基硒化物料在充放电过程中会发生体积效应电,导致稳定性较差。因此,本文在单金属硒化物的基础上制备了镍基异质双金属硒化物
酸化压裂是目前对非均质、低渗透地层改造最重要的措施之一。施工时向地层中注入酸液,通过酸液与地层岩石反应形成不均匀刻蚀裂缝,从而提高地层的渗透率及裂缝的导流能力。稠化酸通过在酸液中加入稠化剂,降低酸液与地层岩石的反应速率,使酸液能沟通远井地带裂缝,提高酸化压裂的施工效果。此外,稠化酸能减少酸液在地层中的滤失量,并降低酸液摩阻,降低施工难度。但随着深井、超深井施工的不断增多,对于稠化酸的耐温能力提出更