0-3型纳米复合材料P(VDF-TrFE)xFOM1-x磁电耦合效应

柔性电子元件的发展日新月异,其中有机薄膜因具有延展性、柔韧性、易制备等优点,使其在智能可穿戴柔性器件领域有着巨大的应用潜力.采用溶胶-凝胶法,利用有机聚合物P(VDF-TrFE)共聚物和有机磁性材料二茂铁间苯甲酰腙(FOM)在柔性聚酰亚胺(PI)衬底上成功制备了0-3型纳米复合薄膜.结构表征表明,FOM纳米颗粒均匀地分布在P(VDF-TrFE)基质中.纳米复合材料的晶体和微观结构取决于P(VDF-TrFE)和FOM的物质的量比,铁电和磁电响应受到FOM纳米粒子浓度的强烈影响.纳米复合薄膜的磁电耦合系数最高为15.1 mV/(cm·Oe)     

Ni-Al底电极对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物铁电薄膜性能的影响

利用磁控溅射法,在Si(100)衬底上制备了不同厚度的非晶导电薄膜Ni-Al底电极,并采用直滴法、退火工艺和掩膜技术,首先制备了偏氟乙烯-三氟乙烯P(VDF-TrFE)共聚物铁电薄膜,并构架了Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si铁电电容器异质结.采用X线衍射仪(XRD)、铁电测试仪(Precision LC unit)等测试手段对薄膜的性能进行了表征.结果表明:Ni-Al薄膜厚度对偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物薄膜的漏电流产生较大影响,当厚度为36 nm时,其漏电流密度达到2.09×10-5A/cm2;所构架的Al/P(VDF-TrFE)/Ni-Al/Si电容器呈现2种漏电机理,在较低的电场范围内,电容器的导电机理为欧姆导电机理,在高电场下为界面肖特基导电机理.     

CsPbI3/PVDF复合纤维基压电纳米发电机的构筑

无机铯铅卤素钙钛矿具有出色的光学和电子性能,已发展成为现代光电子纳米器件的新兴材料.本文配置溶有铯铅碘钙钛矿(CsPbI3)与聚偏氟乙烯(Polyvinylidene difluoride,PVDF)的前驱体溶液,采用静电纺丝方法,原位合成CsPbI3/PVDF复合纤维.该纤维表面光滑,直径约为100 nm,内部均匀分布着平均直径约为20 nm的CsPbI3纳米晶粒.采用CsPbI3/PVDF复合纤维构筑的压电纳米发电机的开路电压(Voc)为9.18 V,短路电流密度为97.72 nA/cm2,输出电流Isc居于中等水平.研究表明,CsPbI3/PVDF复合纤维是构筑压电纳米发电机的可选材料,在机械能量收集和运动传感技术中具有广阔的应用前景.     

静电纺丝防水透湿织物的制备及其性能

利用静电纺丝技术制备聚氨酯、聚氨酯-聚偏氟乙烯和含氟聚氨酯-聚偏氟乙烯3种纳米纤维膜,研究不同组分纳米纤维膜的力学性质、接触角、静水压、透气性及抗菌性。结果表明：聚氨酯纳米纤维膜具有较好的力学性能;随着纤维组分中氟元素含量的增加,含氟聚氨酯-聚偏氟乙烯纳米纤维膜的接触角增大,静水压增大,防水性能改善。     

铁电聚合物P(VDF-TrFE)纳米结构阵列的构筑及其在有机聚合物太阳能电池中的应用

采用两步阳极氧化法制备了孔径均匀的多孔阳极氧化铝(AAO)模板,利用纳米压印技术构筑了高度规整的聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列,并通过压电力显微镜(PFM)直观地观测P(VDFTr FE)纳米结构阵列的极化翻转行为,结果表明具有择优取向的P(VDF-Tr FE)纳米结构阵列具有较低的矫顽场.将这一结构应用到聚合物太阳能电池正极与半导体聚合物层间,并成功通过外部极化电场的变化实现了对太阳能电池效率的调控.通过对太阳能电池性能的测试发现,不同的极化方向对太阳能电池效率具有十分重要的影响,其中当铁电层呈现电负性时,器件的光电转化效率提高了25%.     

碳纳米管／聚偏氟乙烯-三氟乙烯复合纳米线的制备及其性能研究

主要研究了未经处理的多壁碳纳米管和聚偏氟乙烯-三氟乙烯[-MWCNT／P（VDF-TrFE）的复合纳米线的制备及其介电性能．[MWCNT／P（VDF-TrFE）]混合溶液在正负压差下灌注到氧化铝模板中形成复合纳米线．通过扫描电子显微镜（SEM）可以清楚的看到复合纳米线的表面形貌微结构．X射线衍射（XRD）和差示扫描量热法（DSC）都表明了碳纳米管影响共聚物的结晶相．通过对其介电性能的分析得知复合纳米线的介电性能得到了有效地改善．     

基于磷钼酸和纳米氧化钼的复合空穴传输层材料及其在有机太阳能电池中的应用

围绕着开发可溶液法加工非聚(3,4-乙烯二氧噻吩单体):聚苯乙烯磺酸钠(poly(3,4-ethylendioxythiophene):poly(sodium-p-styrenesulfonate),PEDOT:PSS)电极界面修饰材料的核心目的,研究了基于磷钼酸(phosphomolybdic acid,PMA)和纳米氧化钼(Mo O3)复合物的新型空穴传输材料.通过将PMA溶液和Mo O3纳米粒子溶液进行混合,制备了复合墨水(PMA:Mo O3).该复合墨水在有机活性层表面具有很好的浸润性和成膜性.利用PMA:Mo O3复合空穴传输层(hole transport layer,HTL)制备的倒置P3HT:PC61BM光伏器件的开路电压和填充因子(fill factor,FF)均比基于单一PMA或Mo O3制备的器件有所提升.进一步优化了PMA:Mo O3复合墨水中两个组分间的比例,发现当复合墨水中Mo O3的含量为66%时,器件性能达到最优,其光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)为3.71%.成功验证了利用金属氧化物与多金属氧簇(polyoxometalate,POM)复合物作为电极界面缓冲层制备有机太阳能电池的可行性,为开发新型电极界面修饰材料提供了一个新的研究思路.     

PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的制备及性能研究

采用静电纺丝技术,以聚偏氟乙烯（PVDF）为原料,掺杂不同质量纳米二氧化硅（SiO2）,制备PVDF/SiO2复合纳米纤维膜,研究分析复合纳米纤维膜的形貌、化学结构、晶型转变、拉伸性能和压电性能。结果表明：PVDF质量分数为10 %时,纤维平均直径为(473.97 ± 71.10)nm,纤网成膜良好,微观形貌清晰,PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的直径范围为(514.96 ~ 834.16) nm,且纤维表面有颗粒状凸起;PVDF/SiO2复合纳米纤维膜的拉伸强力随纳米SiO2质量分数增大呈先增大后减小趋势,当纳米SiO2质量分数为0.3 %时,强力为(7.94 ± 0.68) N;静电纺丝的电场作用使PVDF由α晶型转变为β晶型,具备压电性能,输出电压值随纳米SiO2质量分数增大先上升后下降,当纳米SiO2质量分数为0.3 %时输出电压值最大,可达(2.00± 0.11)V。     

热释电效应用于低温余热动力回收的研究

以热释电效应用于低温余热动力回收为背景,对采用40 μm厚的热释电材料共聚物偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE)(60/40))薄膜作工作介质的热释电转换循环进行了实验研究.实验结果表明:在避免失去自发极化的适宜工况条件下,可以直接实现连续的热释电转换循环;施加电压对热释电电流和热释电转换输出的电能密度都有较大的影响,在相同的温度范围和变化率下,随着施加电压的增加,热释电电流增大;提高低端电压和高低端压差有利于增加输出电能密度.在温度为40～70 ℃的范围内,当高端电压为900 V(电场强度为225 kV/cm)时,热释电转换净输出电能密度(单位体积热释电材料所生产的电能)可达40 mJ/cm3.这种热释电转换将在低温余热动力回收领域具有可能的应用前景.     

导电型静电纺纳米纤维的制备及其表征

以六氟异丙醇(HFIP)为溶剂,乳酸己内酯共聚物(P(LLA-CL))掺杂聚苯胺(PANi)和樟脑磺酸(CPSA)作材料,采用静电纺技术制备导电型纳米纤维膜,并对其纤维的物理学特征进行表征.通过控制导电材料的添加量,探究纳米纤维直径和电导率的变化.研究表明:P(LLA-CL)纳米纤维分布均匀表面光滑,添加聚苯胺的纳米纤维直径变粗,电导率增大.     

新型柔性压电薄膜在管道泄漏检测中的应用

针对传统固体压电陶瓷式压电探头安装结构复杂、响应频率范围窄、对于复杂曲面不适应等缺点导致的在管道泄漏检测中灵敏度不高、检测范围较近等问题,提出一种采用新型柔性压电薄膜作为声发射传感器的管道泄漏检测方法。首先,将偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)高分子柔性压电薄膜与传统压电陶瓷式、空气耦合式3种传感器布置于管道表面;然后,采用软硬件结合的方式采集不同状态下的管道壁面信号;最后,通过FFT等时频域信号处理算法对采集信号进行分析处理,通过时域和频域波形特征判断管道泄漏状态。实验结果表明：在泄漏信号响应方面,新型P(VDF-TrFE)柔性压电薄膜相比传统压电陶瓷式传感器表现出了更高的灵敏度和更大的响应值,能够检测出更小的泄漏,且该类型传感器受安装以及位置角度的限制较小;随着泄漏源距离的增加,P(VDF-TrFE)柔性压电传感器的衰减程度较压电陶瓷和空气耦合式传感器低,能够检测出更远距离的泄漏;P(VDF-TrFE)柔性压电传感器能够作为一种新型的声发射传感器应用于地埋管道泄漏等复杂结构损伤失效检测中,具有重要的研究意义和应用价值。     

TiO2／PVDF复合膜的制备及表征

本文报导了用干一湿法制备的TiO2/PVDF中空纤维复合膜。该复合膜是将纳米级TiO2颗粒填充到聚偏氟乙烯中制成的。对该复合膜的水通量、孔径、截留率等进行了测试并且将其与未添加纳米粒子的聚偏氟乙烯中空纤维膜进行比较,从而体现复合膜的优良性能。     

纳米氧化钛粒子对PVDF中空纤维膜的改性

本文报导了用干-湿法制备的TiO2/PVDF中空纤维复合膜。该复合膜是将纳米级TiO2颗粒填充到聚偏氟乙烯中制成的。对该复合膜的水通量、孔径、截留率等进行了测试并且将其与未添加纳米粒子的聚偏氟乙烯中空纤维膜进行比较,从而体现复合膜的优良性能。     

PZT/P(VDF-TrFE)O-3型复合材料的制备及介电测量

采用溶胶-凝胶法制备了锆钛酸铅(PZT)的纳米粉体,通过热压的方法制备了锆钛酸铅与偏氟乙烯和三氟乙烯的共聚物形成的0．3型复合材料(PZT／P(VDF-TrFE)),并对其进行了频域和时域介电测量．研究结果表明,复合材料的介电常数随PZT的体积分数的增加而增大,在PZT体积分数约为70％时出现最大值,并对该结果作了定性解释．时域测量结果表明,在PZT／P(VDF—TrFE)0．3复合材料中存在3种不同弛豫时间的极化结构．     

PVDF-Al2O3复合膜的制备及表征

本文报导了用干——湿法制备的PVDF-Al2O3中空纤维复合膜。该复合膜是将纳米级Al2O3颗粒填充到聚偏氟乙烯中制成的。对该复合膜的水通量、孔径、截留率等进行了测试并且将其与未添加纳米粒子的聚偏氟乙烯中空纤维膜进行比较,从而体现复合膜的优良性能。     

密封式可穿戴摩擦电传感器件的制备与性能优化

以尼龙织物为基底材料和正摩擦材料,聚氨酯(PU)为负摩擦材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为密封材料,导电银浆为电极层,在负摩擦层和电极层之间添加聚酰亚胺(PI)薄膜作为增强层,设计并制备一种基于摩擦纳米发电机(TENG)的气囊式可穿戴摩擦电传感器。利用扫描电子显微镜和电子示波器对该柔性器件的微观结构与输出性能进行表征,探究了PI膜厚度、气囊内部充气量、外部施加压力及其作用频率对输出性能的影响。结果表明：当PI膜厚度为15μm、充气量为1 mL、压力作用频率为3 Hz时输出性能最佳,达到电荷饱和状态后输出电压可达15 V。由于气囊密封结构独特的回弹性和对外界压力变化的响应敏感性,该器件具有良好的灵敏度(0.34 V/kPa)、优良的稳定性和防水性,可实现人体运动行为的实时检测,在可穿戴传感领域具有很大潜力。     

基于外延剥离技术的薄膜LEDs的电流扩展和热效应研究

随着外延剥离技术和转印技术的发展,柔性无机半导体集成器件引起人们的广泛关注.柔性无机发光二级管(LED)的研制是高精度转印技术和应用于生物传感的柔性混合集成技术的迫切需求.薄膜发光二级管(TF-LEDs)的电流扩展和热管理是研制TF-LEDs性能的关键.该文采用光刻胶微支撑结构,制备了两种结构的TF-LEDs,并将其转印到柔性衬底聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,测试TF-LEDs的电学特性.采用二维有限元模拟仿真,综合考虑复合机制、晶格温度等对LEDs电学特性的影响,分析了条形电极结构TF-LEDs和环形电极结构TF-LEDs的电流扩展问题,说明环形电极结构TF-LEDs电流分布均匀性好,自发热效应较小;在柔性衬底上,可以在相对较大的功率下连续工作而不会因为温度过高而造成器件损坏.     

基于静电纺丝工艺制备的PVDF纤维无线脉搏传感器

采用静电纺丝工艺制备了聚偏氟乙烯(PVDF)纤维,设计了一种无线可穿戴式的脉搏监测系统.利用柔性纤维结构对于皮肤表面的良好贴合能力和高灵敏度,检测桡动脉处的表皮脉搏振动情况,通过蓝牙传输方式将脉搏信号实时发送至上位机,实现对脉搏的长时间监控.结果表明:该纤维结构传感器的灵敏度几乎是无结构压电薄膜的2倍;与商用指夹式血氧...     

Ni/P(VDF-TrFE)的铁电性及磁电耦合效应

采用溶胶凝胶法和旋涂法在磁性金属镍片衬底上制备了有机铁电薄膜P(VDF-TrFE),利用X射线衍射仪及振动样品磁强计表征了Ni/P(VDF-TrFE)样品的晶体结构和金属镍片的磁学性质，结果表明，旋涂制备所得有机P(VDF-TrFE)薄膜结晶形成了β相，镍片的饱和磁场约为2 000 (kAm^-1/4π).利用静电计和锁相放大器，研究了样品的电学性质和不同磁场方向的磁电耦合效应.可以发现，金属镍片作为磁性衬底制备得到的Ni/P(VDF-TrFE)属于复合多铁性材料，该材料的磁电耦合效应具有各向异性，表现为平行方向大于垂直方向.实验所得结果为复合多铁性材料的制备和测试提供了重要的参考价值.     

柔性衬底MEMS技术制备脑电图干电极阵列研究

设计了一种新型的脑电图干电极,主要用于采集脑电信号以进行基于脑电图的警觉度分析,替代传统的湿电极.采用柔性衬底微电子机械系统(MEMS)加工技术,在柔性衬底上制备出具有化学稳定性与生物相容性的微针状干电极阵列.通过铜牺牲层实现干电极微针的悬臂梁结构,利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)剥离层实现器件从玻璃基底的完全释放,并经平面电极的多层组装实现了立体电极阵列.实验中干电极以聚酰亚胺作为柔性衬底,其针端及导线部分材料为镍,针端部分表面镀金.采用Neuroscan的脑电信号采集放大器对干电极性能进行了测试,测得阻抗约为10 kΩ,其时域和频域信号与传统湿电极基本一致.所制备的干电极成品率高、尺寸小、屏蔽佳、装配简单、可靠性好、机械强度大,符合快速、无痛的脑电信号采集要求.