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發(fā)布時(shí)間:2021-09-18 17:19  






基于PEDOT:PSS/Ag NW的可拉伸應(yīng)變傳感器

  可拉伸的應(yīng)變傳感器,在可穿戴器件、健康檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)模擬器、軟性機(jī)器人、電子皮膚、各種y療應(yīng)用中起著重要作用。這些應(yīng)用常常要求其在各種觸摸拉伸等應(yīng)變下,能夠準(zhǔn)確且可靠地探測(cè)到應(yīng)變。低可靠性和靈敏度以及窄的感應(yīng)范圍限制了其進(jìn)一步發(fā)展。

  中國(guó)k學(xué)院寧波材料所葛子義研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港理工大學(xué)嚴(yán)鋒課題組,研發(fā)出一種具有寬可拉伸范圍、高靈敏度、高可靠性等功能特性的柔性可拉伸應(yīng)變傳感器,并成功實(shí)現(xiàn)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)行為的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確可靠監(jiān)測(cè)。

  器件對(duì)手指彎曲的精準(zhǔn)梯度響應(yīng)(循環(huán)三次);器件在0?50%拉伸下的應(yīng)變響應(yīng)

  該團(tuán)隊(duì)成員樊細(xì)副研究員和香港理工大學(xué)王乃祥等利用新型的轉(zhuǎn)移?印刷方法制備了高導(dǎo)電的PEDOT:PSS/AgNW雜化透明薄膜。x酸處理的PEDOT:PSS表現(xiàn)了高的導(dǎo)電性(導(dǎo)電率σ=3100Scm?1)。然后通過(guò)液體PDMS固化輔助轉(zhuǎn)移?印刷方法,將PEDOT:PSS/Ag NW材料從玻璃襯底上轉(zhuǎn)移?而室溫溫和甲磺酸處理為制備高性能柔性的PEDOT:PSS的塑料電極提供了一條簡(jiǎn)單而有效的途徑。印刷到彈性的PDMS薄膜,從而得到了PEDOT:PSS/AgNW被包覆的PDMS可拉伸的應(yīng)變傳感器。利用PEDOT:PSS/AgNW/PDMS的包覆結(jié)構(gòu)以及界面之間強(qiáng)的粘附性,提高器件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性,這有利于提高應(yīng)變響應(yīng)的可靠性。另外,盡管少量的Ag NWs在拉伸過(guò)程中會(huì)斷裂,但是x酸處理的高導(dǎo)電的PEDOT:PSS能夠補(bǔ)償AgNWs的導(dǎo)電性的下降;這種雜化的薄膜提供了多條導(dǎo)電通道,有利于載流子的傳輸和電荷收集,從而增強(qiáng)了器件響應(yīng)的可靠性。

  



PEDOT成膜方法

目前PEDOT成膜方法主要有物理涂覆法、電化學(xué)聚合法和原位聚合法:

物理涂敷法

物理涂覆法是將PEDOT分散液,通過(guò)刮涂、滴涂、旋涂等方式,涂覆在基材表面,經(jīng)干燥后形成PEDOT薄膜。通常情況下,需要利用水溶性較好的PSS作為絡(luò)合離子與PEDOT形成PEDOT:PSS聚合物,使不溶于水的PEDOT可以獲得較好的水溶性以及成膜性。將PSS溶解于一定量的去離子水中,向其中滴加入EDOT單體,緩慢攪拌。

物理涂覆法操作簡(jiǎn)單,直接使用市售的PEDOT溶液或?qū)ζ溥M(jìn)行一定的摻雜改性后即可涂膜。其缺點(diǎn)主要是由于PEDOT本身不溶不熔的性質(zhì)而不能單獨(dú)成膜,要加入PSS形成分散液后方能采用物理涂覆法。此外物理法制得的膜厚度較大,厚度j確度較低。但是其方便地添加粒子、更換電解液等,是適用于大規(guī)模工業(yè)化的一種成膜方法。PSS含有兩x官能團(tuán),磺酸又是強(qiáng)酸,所以它不僅可以作為分散劑,改善PEDOT的溶解性,而且可以作為平衡電荷的摻雜劑,提高PEDOT的電導(dǎo)率。




PEDOT-顯示器的未來(lái)?

                                         —均質(zhì)處理PEDOT

  PEDOT/PSS懸浮液在塑料或玻璃表面,可以形成透明的PEDOT/PSS導(dǎo)電膜,不僅加工處理方便,而且具有可見(jiàn)光透過(guò)率高,用量小,抗水解性能好,綠色環(huán)保(水基分散體)等優(yōu)點(diǎn),使得PEDOT獲得了巨大的商業(yè)成功,在有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池材料,OLED材料,電致變色材料,透明電極材料等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景,在靜電屏蔽也有應(yīng)用。ODA-SA/PEDOT-PSS膜電導(dǎo)率高于ODA/PEDOT-PSS復(fù)合LB膜,其電導(dǎo)率呈各向異性,水平電導(dǎo)率(σ_‖)與垂直電導(dǎo)率(σ_⊥)之間相差3~4個(gè)數(shù)量級(jí),Ⅰ-Ⅴ曲線呈指數(shù)關(guān)系,為典型的電子隧穿類型。

  實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:

  1.隨著均質(zhì)壓力和次數(shù)的增加,樣品的顏色有一定程度的變淺

  2.均質(zhì)前的沉淀物,均質(zhì)之后靜置后樣品狀態(tài)穩(wěn)定不沉淀

  3.均質(zhì)處理后,樣品溫度會(huì)略微升高,此時(shí)在試管中的流動(dòng)狀態(tài)仍為液體。靜置后溫度降低,“粘壁”現(xiàn)象會(huì)較為明顯。



對(duì)比PEDOT:PSS薄膜,PEDOT:PSS水凝膠因其富含水的性質(zhì)和類似組織的機(jī)械性能而被認(rèn)為是生物組織更理想的接口替代品。因?yàn)樗鼈儾粌H可以為細(xì)胞生長(zhǎng)和分化提供適宜的微環(huán)境,而且還提供了一種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),可以在電刺激下原位研究細(xì)胞行為。不幸的是,目前大多數(shù)PEDOT:PSS水凝膠都是在超出生物組織的耐受極限高溫環(huán)境下制備的。此外,目前幾乎沒(méi)有報(bào)道可注射的PEDOT:PSS水凝膠,而其對(duì)于微創(chuàng)生物醫(yī)學(xué)是非常急需的。(XinyuJiang,ShanglongPeng*,etal。






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