基于銀納米線的柔性薄膜壓力傳感器的研究.pdf

1、高長徑比的銀納米線因其比表面積大、導(dǎo)電率高、制備工藝簡單和易于分散摻雜制備柔性導(dǎo)電薄膜等優(yōu)點而受到越來越多研究人員的關(guān)注。因此，銀納米線能夠用作柔性傳感器的導(dǎo)電填充材料、柔性太陽能電池電極和超級電容器電極等領(lǐng)域。此外，基于銀納米線的柔性薄膜壓力傳感器在智能可穿戴領(lǐng)域也呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。
　　本課題采用改進的一步多元醇法，以氯化銅作為成核控制劑制備出了形貌可控、尺寸均勻的高長徑比銀納米線，將碳納米管和自制備的銀納米線摻雜到聚氨酯

2、(PU)中制備出柔性導(dǎo)電薄膜。采用FE-SEM、EDS、XRD、紫外-可見分光光度計表征了不同反應(yīng)溫度、成核控制劑、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子量、硝酸銀與PVP的質(zhì)量比等工藝參數(shù)下的銀納米線形貌。隨后，利用萬能試驗機和數(shù)字萬用電表等儀器表征了柔性薄膜壓力傳感器的靈敏度、重復(fù)性和遲滯性等性能。
　　實驗結(jié)果顯示:改進的一步多元醇法，將反應(yīng)時間縮短到30分鐘，隨著反應(yīng)溫度的升高，銀納米線的含量逐漸降低，其直徑由130±39nm增加

3、到348±87nm，長度由12.3um±1.6um減少到3.6±0.7um，溫度為160℃時，銀納米線的含量最多，長徑比最大。成核控制劑為氯化鈉時和氯化鐵銀納米線的長徑比范圍分別為[75，109]和[11，22]，前者的反應(yīng)速度比后者慢。成核控制劑為氯化銅時，反應(yīng)速度快且長徑比范圍為[74，113]。溶液粘度隨著PVP分子量的增加而逐漸增加，導(dǎo)致實驗操作難度增大，PVP分子量為58000時，銀納米線的外觀形貌最佳，且長徑比達到了[74，

4、113]。銀納米線的產(chǎn)量隨著硝酸銀與PVP的質(zhì)量比的增加而增加，當質(zhì)量比為1∶2時，銀納米線的長徑比最大，且銀納米顆粒含量最少。銀納米線的摻雜改善了導(dǎo)電PU薄膜的力學(xué)性能，摻雜1wt％銀納米線的柔性導(dǎo)電薄膜的力學(xué)性能最好，其斷裂載荷和斷裂伸長率分別為21913.1±296.0MPa和440.6±18.3％，比5wt％碳納米管薄膜的斷裂載荷和斷裂伸長率分別提高了81.8％和39.7％;銀納米線含量為1wt％和5wt％的柔性導(dǎo)電薄膜，其電阻

5、值隨著拉力的增大而明顯上升，最大值分別為1.7363×108Ω和1.3985×108Ω。對于柔性薄膜壓力傳感器，當載荷在0-50KPa之間，不同銀納米線含量的傳感器呈現(xiàn)出較好的靈敏度，范圍為[0.00111，0.6631];對于壓縮循環(huán)測試，銀納米線含量為10wt％的傳感器，在10次壓縮循環(huán)中均表現(xiàn)出良好的重復(fù)性;銀納米線含量為10wt％時，最大遲滯誤差最小，僅為0.0486。該傳感器為智能可穿戴設(shè)備在監(jiān)測人體健康數(shù)據(jù)，如脈搏、血壓、呼