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基于纤维模板的柔性导电材料制备及其性能研究

作　者: 胡沛然
导　师: 王宏志
学　校: 东华大学
专　业: 材料学
关键词: 导电网络模板法静电纺丝柔性导电材料
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,随着信息技术和光电产品的飞跃发展,柔性导电材料越来越受到人们的重视与关注,在许多领域具有广阔的应用前景。透明导电氧化物(TCO)性能优异,以其作为无机相的纳米复合柔性导电材料,已成为材料科学领域的一个研究热点。在本文的研究中,采用水热法与模板法,以棉织物为模板,通过简单的“浸渍-干燥”过程,制备得到规则的氧化铟锡导电网络(ITOconductive network, ICN)。将其与聚二甲基硅氧烷(PDMS)树脂基底复合,制备得到ICN/PDMS复合柔性导电材料。通过X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared, FTIR)、自动比表面和空隙度分析仪(Brunauer-Emmett-Teller,BET)、场发射扫描电子显微镜(Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)、低阻抗分析仪、万能材料试验机、紫外可见分光光度计等测试方法对材料进行表征,结果表明：ICN由粒径为20～30nm的ITO纳米晶聚集而成,呈规则导电网络状。在弯曲的状态下,ICN/PDMS复合柔性导电材料的电学性能保持稳定,电导率可达～5 S/m,比添加相同量的普通ITO纳米颗粒/PDMS复合材料电导率提高了近12倍。ICN与普通ITO纳米颗粒的粒径相差不大,最终性能上的差异更可能是两者ITO聚集状态的不同所致。ICN/PDMS复合柔性导电材料的拉伸性能良好,1.7倍于PDMS树脂,而且在紫外-可见光区域具有相对较高的光透过性。采用溶剂热法制备氧化锡锑(ATO)纳米颗粒并使用硅烷偶联剂进行表面改性,然后通过静电纺丝形成ATO导电网络(ATOconductive network, ACN)将其与PDMS树脂复合,制备得到ACN/PDMS复合柔性导电材料。通过XRD、FTIR、FE-SEM、热重分析仪(Thermogravimetric, TG)、低阻抗分析仪、紫外可见分光光度计等测试方法对材料进行表征,结果表明：经过表面改性,ATO纳米颗粒的分散性及沉降稳定性得到明显改善,用于静电纺丝效果良好。在弯曲状态下,ACN/PDMS复合柔性导电材料的电学性能保持稳定,电导率可达～2.6 S/m,在紫外-可见光区域具有相对较高的光透过性。采用溶胶-凝胶法和前驱体静电纺丝技术,制备得到ACN。将其与PDMS树脂复合,制备得到ACN/PDMS复合柔性导电材料。通过XRD、BET、FE-SEM、TG、低阻抗分析仪、光学轮廓仪、紫外可见分光光度计等测试方法对材料进行表征,结果表明：ACN由粒径为30～50nm左右的ATO纳米晶聚集而成。相对于颗粒静电纺制备的ACN,采用前驱体静电纺制备导电网络,其中的ATO纳米颗粒平均粒径更小,整体材料电学性能更好。在弯曲状态下,ACN/PDMS复合柔性导电材料的电学性能保持稳定,电导率可达～3.4 S/m,在紫外-可见光区域具有相对较高的光透过性。本文基于纤维模板所制备的复合导电材料性能优异,将在柔性电子器件、智能纺织品、新型太阳能电池等领域具有广泛的应用可能性。

基于纤维模板的柔性导电材料制备及其性能研究

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