导电聚合物

Abstract(#br)This study presents a polymer-based carbon-nanotube (CNT) sensing polymer with reversible signal tracking capabilities. The sensing polymer was prepared by dispersing multi-walled CNTs (MWCNTs) and silver nanoparticles into the polydimethylsiloxane (PDMS) polymer matrix. Before curing the PDMS prepolymer, MWCNTs were aligned in the prepolymer, using the dielectrophoresis (DEP) technique. Under an external force, the polymer increased and retained resistivity, which could be recovered to its original value by repeating DEP.

具有优良柔韧性、导电性和机械耐久性的可拉伸电极是柔性电子新兴和激动人心的领域中最基本的元件。本文提出了一种将银纳米棒( AgNRs )嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中，通过独特的角度沉积技术制备这种可拉伸电极的方法。在其中嵌入AgNRs后，PDMS的表面、力学和电学性能都发生了明显的变化。结果表明，AgNRs嵌入PDMS基体后，表面粗糙度和极性增大。由于压痕深度效应，弹性模量( E )和硬度( H )随着压痕载荷的增加而减小。由于AgNRs在PDMS基体中具有很强的界面结合力，纳米复合材料的E和H分别比PDMS膜提高了167.6和93.3 %。此外，AgNRs - PDMS薄膜具有10 - 7 Ω m的电阻率。它在弯曲、扭转、拉伸等各种机械应变下仍保持导电，这一点用发光二极管电路得到了证明。同时，银的抗菌活性使其有望成为可穿戴电子的候选产品。

纳米科学与添加剂制造技术的交叉，催生了印刷电子和柔性电子的新领域。这一有趣的研究领域解决了新型材料和制造技术向更广泛和改进设计的柔性电子器件发展的挑战。本工作介绍了利用3D打印碳纳米管基纳米复合材料制备一种低成本、简易的柔性压阻式压力传感器。用于材料开发的碳纳米管是分散在聚二甲基硅氧烷( PDMS )预聚体中的多壁碳纳米管( MWCNT )。传感器采用直接油墨写入( DIW )技术(又称robocast )制作。将MWCNT - PDMS复合材料直接印制在聚二甲基硅氧烷基片上。然后根据传感器对负载的电阻变化来检测传感器的响应。该传感器在较宽的压力范围内(最高可达1132 k Pa )表现出较高的灵敏度( 6.3 Ω / k Pa )，前期工作对MWCNT- PDMS复合材料的最高观测测量范围为40 k Pa。所制备的MWCNT- PDMS复合材料也被印制成高分辨率的三维形状，即使经过热处理仍然保持其形态。3D打印在柔性传感器制造中的可能性使得设计自由灵活，结构复杂，在运动、汽车和生物医学等领域的可穿戴或植入式电子中得到广泛应用。

纳米科学与添加剂制造技术的交叉，催生了印刷电子和柔性电子的新领域。这一有趣的研究领域解决了新型材料和制造技术向更广泛和改进设计的柔性电子器件发展的挑战。本工作介绍了利用3D打印碳纳米管基纳米复合材料制备一种低成本、简易的柔性压阻式压力传感器。用于材料开发的碳纳米管是分散在聚二甲基硅氧烷( PDMS )预聚体中的多壁碳纳米管( MWCNT )。传感器采用直接油墨写入( DIW )技术(又称robocast )制作。将MWCNT - PDMS复合材料直接印制在聚二甲基硅氧烷基片上。然后根据传感器对负载的电阻变化来检测传感器的响应。该传感器在较宽的压力范围内(最高可达1132 k Pa )表现出较高的灵敏度( 6.3Ω / k Pa )，前期工作对MWCNT- PDMS复合材料的最高观测测量范围为40 k Pa。所制备的MWCNT- PDMS复合材料也被印制成高分辨率的三维形状，即使经过热处理仍然保持其形态。3D打印在柔性传感器制造中的可能性使得设计自由灵活，结构复杂，在运动、汽车和生物医学等领域的可穿戴或植入式电子中得到广泛应用。

柔性压阻薄膜，如炭黑/聚二甲基硅氧烷( C‐PDMS )复合材料，常被用作皮肤类似物并集成到复杂阵列传感器中进行触觉传感。传感器特性的均匀性很大程度上取决于复合材料的均匀性。因此，对将集成到复杂力传感器中的薄膜进行局部表征的能力可能至关重要。这里提出了一种表征柔性压阻薄膜局部灵敏度的方法。利用在平板探头上选择的导电球来消除不对中问题，用薄膜复合材料的表面压痕来表征电阻率随平均应变的变化。实验采用15和18   wt %的炭黑C‐PDMS薄膜进行变厚度实验。利用Johnson - Roberts - Kendall接触理论估算了探针与压阻膜的接触半径。理论接触面积估算结果与利用光学显微镜观察到的光学透明PDMS薄膜进行的接触半径测量结果一致。结果表明，15  wt %炭黑的C- PDMS比18  wt %炭黑的相同厚度的薄膜表现出更高的电阻率和规整因子变化速率。另一方面，较厚的薄膜对测试的两种碳黑含量表现出较高的规范因子。在多个位置进行的试验获得了一致的灵敏度值，使这些类型的复合材料适用于阵列式力传感器。

可拉伸导体是软电子学中的关键部件之一，可使电子器件和传感器在弹性基板上无缝集成。其独特的机械柔韧性和可伸展性优势，使得各种可穿戴的生物电子器件能够适应曲面的皮肤表面，用于长期的健康监测应用。这里，我们报道了一种基于聚( 3，4 -乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐( PEDOT：PSS )的可拉伸聚合物共混物，该共混物可以采用喷墨打印工艺进行图形化，同时具有较低的方块电阻和容纳较大的机械变形。我们系统地研究了各种极性溶剂添加剂对PEDOT和PSS晶粒相分离的影响，通过促进PEDOT网络中电荷的跃迁，改变PEDOT链的构象，从而改善膜的电学性能。在原PEDOT：PSS水溶液中加入5wt %乙二醇可得到最优的油墨配方，其方块电阻可低至58Ω /□，将上述溶液与软聚合物聚环氧乙烷( PEO )共混也可得到弹性，喷墨打印成型的PEDOT：PSS / PEO聚合物共混薄膜方块电阻低至84Ω /□，可抵抗高达50 %的拉伸应变，电性能变化不大。由于其良好的导电性和弹性，我们进一步证明了在薄的聚二甲基硅氧烷( PDMS )衬底上使用聚合物共混作为可拉伸的互连线和可拉伸的干电极用于光电容积描记( PPG )和心电图( ECG )记录的应用。本工作展示了印刷型可拉伸导电聚合物在低成本可穿戴传感器贴片中用于智能健康应用的潜力。

本文系统地综述了近年来柔性应变传感器用自愈合复合弹性体的研究进展。综述了天然橡胶( NR )、聚二甲基硅氧烷( PDMS )、聚氨酯( PU )等常用自愈弹性体基体及其他新型弹性体。对不同动态连接的特性、导电填料的选择以及关键性能参数进行了详细的总结和讨论，以期为控制传感性能的愈合机制和混合导电网络的合理组合提供参考。我们期望本综述能对开发高性能柔性应变传感器用新型自愈复合弹性体有所启发。

最近的研究表明，一系列碳纳米材料可以作为射频( RF )场的感受器，允许快速而有针对性地加热。但是，像聚( 3，4 -乙撑二氧噻吩)：聚( 4 -苯乙烯磺酸盐) ( PEDOT：PSS )这样的导电聚合物的响应性还没有得到探索。PEDOT：PSS由于其固有的导电性和易于加工，是一种很有前途的材料。我们首次演示了PEDOT：PSS在外加射频场下的快速加热响应，并演示了PEDOT：PSS的射频驱动作用，与较薄的样品相比，样品较厚，PEDOT：PSS中加入的绝缘聚合物负载量较低，与多孔结构相比，薄膜结构致密，加热温度最高。采用PEDOT：PSS、PEDOT：PSS / ( 3 -缩水甘油醚氧丙基)三甲氧基硅烷( GOPS )和PEDOT：PSS / GOPS /纤维素与聚二甲基硅氧烷( PDMS )共混制备驱动器，其中GOPS用于增加驱动器层的附着力。当射频场作用于执行器时，PEDOT：PSS层迅速发热，进而引起水的解吸和驱动。为了证实执行器因水的解吸而发生弯曲，还测试了湿度响应，所有样品成分都表现出对湿度阶跃变化的响应。