基于皱纹模板的Ag基柔性复合材料的可控制备及其导电性

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近年来,柔性电子设备在机器人皮肤、可穿戴设备所配备的显示器和太阳能电池等领域有非常广泛的应用。其中包括连接线、薄膜和电路在内的柔性电器件的可控制备是柔性电子设备发展的关键。目前,柔性电极材料面临的主要问题是平衡其机械伸展性能(伸展率>>1%)和导电性能。本论文引入一种在皱纹模板上无电沉积银膜来制备柔性电极的新方法,即以聚二甲基硅氧烷(PDMS)皱纹模板为基底,通过银的无电沉积在该基底表面形成一层均匀银膜,制备出表面具有皱纹形貌的Ag/PDMS导电复合材料。该方案所需原料易得,操作工艺简单,且所制备的柔性电极材料在拉伸过程中仍保持良好的导电性。本论文首先考察了PDMS皱纹模板的预拉伸率对所制备样品在拉伸过程中表面形貌和电阻值的影响。结果表明:当样品受到较小拉伸率时,表面银层可以通过皱纹形貌的舒展吸收大部分应变,使样品的电学性能保持稳定;当样品受到超过其预拉伸率的拉伸时,表面银层开裂严重导致电阻值急剧升高。其次,本文对银的无电沉积温度和沉积时间对样品导电性能的影响进行了探索。在无电沉积反应过程中,随着沉积时间增加,PDMS皱纹模板表层所沉积的银纳米颗粒半径增大且颗粒间的间距减小,同时沉积银层厚度不断增加,导致样品的电阻不断减小但电学稳定性也逐渐降低。另一方面,在提高无电沉积反应温度的情况下,随着无电沉积反应速率的加快,样品表面银膜更加致密。同时沉积时间对样品电学性能的影响愈加明显。通过对实验条件的探索最终得到无电沉积的适当条件,在60℃下进行无电沉积5min,所制备的样品电学性能最优。最后,本文对样品在拉伸-回缩的循环测试中的电阻变化以及样品在LED简明电路中的实际应用进行了初步探索。以PDMS皱纹模板为基底,通过银的无电沉积所制备的复合材料具有优异的导电性能。通过拉伸-回缩的循环测试说明所制备的样品电学稳定性强,能够承受超过50次的拉伸-回缩循环。并且在各个拉伸率,样品的导电性表现良好,可以满足LED发光需要。显示了该材料在柔性电极方面具有极大的应用潜力。
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