PEDOT:PSS/PVDF复合力敏传感材料的制备

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柔性力敏传感器的性能主要取决于其传感材料和器件结构设计,而传感材料的传感性能优劣是最主要的影响因素。压电式压力传感材料由起压电作用的压电层和收集、传导电压的电极层构成。通常,电极材料为金属,其密度大,可弯折性差,加工成本高。因而考虑用导电的高分子材料聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)代替金属来制备电极材料,并与压电性能良好的压电高分子聚偏氟乙烯(PVDF)进行复合,制备柔性的压力型力敏传感复合材料。本文采用化学氧化合成法制备可加工的PEDOT:PSS悬浮液,使用真空抽滤法制备导电PEDOT:PSS薄膜,采用静电纺丝方法加工制备高β型晶体含量的PVDF薄膜,并通过抽滤的方式,将PEDOT:PSS电极沉积在PVDF压电薄膜上,最终制备成三明治结构的PEDOT:PSS/PVDF复合压力传感材料,主要研究工作如下:1、化学氧化合成法中氧化剂(NH42S2O8的用量会影响抽滤PEDOT:PSS薄膜的电导率。考察了一系列不同氧化剂用量与单体比例条件下合成的产物性能,在(NH42S2O8与3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)的物质的量之比为0.875时得到了最高的薄膜电导率19.19S/cm。2、使用N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)或二甲基亚砜(DMSO)溶剂处理能够提升PEDOT:PSS的电导率,其中DMSO的效果最好,可提升至167.27 S/cm。3、PVDF的静电纺丝湿度条件对于宏观薄膜面积有影响,湿度提升会导致接收到的薄膜面积变小。纺丝溶液中DMF∶丙酮的体积比会影响纤维的形貌和β型晶体含量。此比例提升,纤维变细且不均匀程度变大,β型晶体含量先升后降。DMF∶丙酮的体积比7∶38∶2为最优化范围,薄膜形貌较好且β型晶体含量较高(79%81%)。3、制备的PEDOT:PSS/PVDF复合材料具有压力响应,在指关节压力下输出电压为0.60.8 V,每次响应完成时间为0.25 s。虽然灵敏度有待提高,但证实了本文新的PEDOT:PSS/PVDF复合方式制备压力型力敏传感材料的可行性。
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