聚合物复合材料

在离子液体( IL ) -聚二甲基硅氧烷( PDMS ) -正硅酸乙酯( TEOS ) - SiO2纳米粒子( NPs )聚合物基体中嵌入1，2 -萘醌- 4 -磺酸钠( NQS )复合膜。所选IL为1 -甲基- 3 -辛基咪唑六氟磷酸盐( OMIM PF6 )。结果表明，PDMS中ILs的化学添加剂对溶胶-凝胶的孔隙率有影响。通过漫反射测量和传感器照片，测试了氨气气氛传感器分析性能与采样时间( 0.5 ~ 312   h )、温度( 25  ℃~ 4  ℃)和采样体积( 2L ~ 22   m L )的关系，可通过智能手机注册并保存为图像，也可进行RGB测量。灵活的校准是可能的，适应其应用所需的采样时间、温度和采样体积。在所研究的几种条件下，氨的线性斜率( mA vs ppmv )在1.7 ~ 467 ppmv-1之间。这些斜率比没有ILs的传感器实现的高48 ~ 91 %。该传感装置在肉类包装环境分析中的实际应用得到了验证，是一种潜在的性价比较高的原位肉品新鲜度分析候选物。NQS对肉制品中排放的其他家族化合物，如硫化物提供了选择性。在4 ℃条件下解氨10天后，用漫反射法和% R法分别测定肉中氨的含量为20 ± 4 μg / kg和18 ± 3 μg / kg。采用放置在包装物内部两个不同位置的两个传感器测试氨气气氛的均匀性。

聚二甲基硅氧烷( PDMS )材料广泛应用于面部假体、片上实验装置和软组织工程支架的制造，但其加工性制造具有挑战性。液态硅橡胶( LSRs )因其在浇铸时具有较高的形状保真度而受到青睐，但其黏度和表面张力较低往往会阻止自支撑、后挤出。聚醚醚酮( PEEK )颗粒增强通过界面结合已被证明增强了PDMS的关键性能，拓展了其端用功能。然而，这类粒子对LSR - PDMS可打印性的影响还没有研究。本研究首次成功地对无溶剂生物相容性PDMS- PEEK复合材料(可达30 wt % PEEK )进行了材料挤出( ME )打印的表征。流变分析证实了所有PDMS- PEEK复合材料在外加载荷(在打印机的容差范围内)和静置时的主导储能模量(即打印机可以自支撑)下剪切变薄，被认为是ME基印刷的极佳选择。在打印速度和位移值相当的情况下，使用所获得的流变数据指导初始打印性研究，发现随着PEEK含量的增加，轨迹保真度越好。PEEK含量较高的复合材料，其邵尔A硬度和刚度(拉伸和压缩)显著增加，且呈块状。最后，增强的形状保真度(得益于PEEK增强)和几何自主权进一步扩大了PDMS的制造自由度，从而可以通过控制填充密度来增加力学性能的范围，这在以往的常规铸造制造中是难以置信的。从根本上说，这可能导致制造可用于复制人体软组织的异质特性和其他先进材料应用的辐射状空间分级多材料结构和装置。

健康监测、电子皮肤和软机器人需要大面积和强有力的能量收集策略来为嵌入式传感器和外围电子产品供电。摩擦电纳米发电机( TENG )是实现自供电传感器和自充电系统的最佳选择。本文提出了一种简单、兼容的大规模棒状辅助印刷方法，实现了具有良好疏水性的分级微结构聚合物复合摩擦电薄膜，以提高TENG的电输出性能和鲁棒性。TENG器件的电输出通过将石墨填料以最佳浓度送入聚二甲基硅氧烷( PDMS )中进行调谐。所实现的基于TENG的微结构石墨/ PDMS复合材料，在1.2   N的外力作用下，提供高稳定的短路电流42   µ A，开路电压410   V，转移电荷160   nC，足以为可穿戴传感器供电或对储能器件充电。TENG器件可在2   s内将2.2   µ f电容充电至1.5   V，可发光30个商用绿色LED，并可驱动电子表。自动力触觉传感也通过将TENG装置附着在橡胶手套上来监测抓取物体的过程得到了证明。进一步，制作了大规模自供电传感器阵列，并利用其绘制空间压力分布。这项工作不仅展示了一种可扩展地制备具有高电输出、优异耐久性和环境稳定性的高性能TENGs的分级微结构聚合物复合薄膜，而且为未来性价比和自供电电子的发展带来了洞察力。

目前，各种类型的柔性可伸展应变传感器已被应用于人体运动检测、软机器人、健康监测等智能可穿戴设备的潜在应用。可拉伸应变传感器可通过几种制备方法制作。然而，生产具有理想特性、成本效益和适宜质量消耗的应变传感器仍然具有挑战性。本研究的目的是比较三种方法制备的复合应变传感器：滴注法、丝网印刷法和旋涂法。本研究利用银纳米粒子( AgNPs )和聚二甲基硅氧烷( PDMS )制备了Ag @ PDMS复合应变传感器。采用不同的表征方法对制备的Ag @ PDMS复合应变传感器的电导率、迟滞特性和灵敏度进行了分析，并通过形貌分析对结果进行了验证。基于所得结果，采用滴注法和丝网印刷法制作了性能良好的Ag @ PDMS复合应变传感器。两种方法都制作了电导率相近的Ag @ PDMS复合应变传感器。由于70 %应变测试下观察到的裂纹较少，因此滴注法的迟滞性能最好，灵敏度最高( GF = 10.08 )。总之，采用滴注法制备的Ag @ PDMS复合材料应变传感器表现出良好的性能，具有作为应变传感器的潜力。

在聚合物复合材料的结构中加入不同浓度的硼，研究了聚二甲基硅氧烷( PDMS )。利用介电谱对所制备的复合材料进行了介电性能分析。根据介电性能表征结果，B掺杂比的增加导致介电常数的增加。10 %掺硼PDMS的弛豫时间最低。此外，对α-关系、关系时间值和介电常数虚部的研究表明，10 %的硼掺杂PDMS是合适的复合材料的最佳掺杂量。在我们的工作中，我们利用介电谱技术实现了硼掺杂聚合物复合材料的优化。

基于磁泳技术的微流控装置提供了简单可靠的微尺度物体操作，并提供了从选择性捕获到高通量分选的大规模应用。然而，微系统中微尺度磁体的制造和集成涉及复杂和昂贵的过程。下面我们基于NdFeB颗粒在聚合物基体(聚二甲基硅氧烷，PDMS )中的自组织特性，报道一种廉价易操作的微米级永磁体的制备工艺。X射线层析成像对内部结构的研究发现，颗粒呈链状组织，形成了平均直径为4 µ m的硬磁微结构阵列。首先通过COMSOL仿真对自组装微磁体的磁性能进行了估算。然后，这些微磁体被集成到微流控装置中，作为微捕集器。利用胶体探针原子力显微镜( AFM )和在微流控系统中操作，测量了微磁体对超顺磁珠施加的磁力。力达到几纳米牛顿。增加一个外部毫米大小的磁铁，允许目标磁化和相互作用范围增加。然后，利用集成的微磁体研究了磁珠的磁载捕获效率，在0.5 mL / h和1 mL / h时的捕获效率分别为100 %和75 %，最后通过白细胞耗尽实现了微磁体的细胞分选。

随着电子器件小型化、便携化、柔性化的快速发展，对高导热、机械柔性化、电绝缘的聚合物复合材料的需求明显增加。本工作报道了采用超声辅助强制浸润法制备的具有优异热导率和优越机械柔性的氮化硼纳米片( BNNS ) -纤维素纳米晶( CNC ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料。不同BNNS在复合材料体系中的比例会导致不同的热性能。当BNNS与CNC质量比为25：1时，BNNS-NC ( 25：1 ) / PDMS复合材料的热导率达到7.309   W / ( m · K )，比纯PDMS基体提高了2607 %。此外，BNNS- CNC / PDMS复合材料还具有优异的介电性能、电气绝缘性能和机械柔性。本文报道的PDMS复合材料在电子器件热管理方面有很强的应用潜力。