电子驱动器应用管理论文提纲

论文题目：有机-无机杂化导电复合材料的界面结构设计与性能研究

摘要：随着信息技术的发展,可穿戴电子设备和一些智能电子器件受到了广泛的关注。然而目前的智能电子设备通常只具备单一的性能,无法适应复杂环境中的多种功能需求。将无机导电填料引入到聚合物基体中,可以有效地结合各组分各自的优点,从而创造出不仅具有良好的加工性能,而且具有多种功能用途的有机-无机杂化导电复合材料。目前如何开发导电复合材料的多种性能,提高复合材料的各种性能以及实现多种性能的高度集成化是研究的热点。本文以有机-无机杂化导电复合材料的界面结构设计和性能研究为目标,研制了五种新型的多功能导电复合材料。一方面,通过不同的组装方法来制备不同结构的导电复合材料,如导电复合薄膜、导电复合织物和导电复合海绵,探讨结构对力学性能的影响,为构-效关系的研究提供一定的指导意义。另一方面,探究导电复合材料在电磁屏蔽、柔性电子传感和驱动等领域的应用前景,以及如何实现多种性能的高度集成,开发出具有多种功能用途并适应不同应用场景的导电复合材料。具体的研究内容和成果如下:1.PVDF/CI/MXene磁性导电复合薄膜的研制及其传感和电磁屏蔽性能。采用溶液浇铸法制备了 PVDF/CI薄膜,接着采用喷涂法制备了 PVDF/CI/MXene导电复合薄膜。基于高分子聚偏氟乙烯（PVDF）的压电性和羰基铁（CI）的磁性,该复合薄膜可对外界的应变和磁场表现出双重刺激-响应性能。导电MXene的引入使得PVDF/CI/MXene复合薄膜具备优异的导电性,从而可以有效的屏蔽外界的电磁辐射。最后基于导电复合薄膜的传感性能和电子屏蔽性能,有望作为一种可穿戴电子设备来监测人体的运动以及保护人体免受电磁辐射的伤害。2.PVDF/Ag NWs/CNTs织物传感器的研制及其人体监测和电磁屏蔽性能。采用浸渍-烘干法将银纳米线（Ag NWs）和碳纳米管（CNTs）涂覆于无纺布上,再将PVDF溶液浇铸于织物上得到PVDF/Ag NWs/CNTs多功能导电织物。织物的引入提高了复合材料的柔软性和舒适性,满足了可穿戴设备的发展要求。Ag NWs和CNTs双导电网络提高了无纺布的导电性,使得复合材料展现出优异的电磁屏蔽性能,最大屏蔽值可达到34 dB。此外,CNTs优异的力学性能也有利于提高无纺布的力学强度。重要的是,该复合材料还可以对外界的应力刺激做出响应,当受到不同力（0、20、44和60 N）的刺激时,该传感器将产生不同的压电电压（0、0.4、1.0和1.5 V）,从而具有力传感特性。最后,它不仅能及时响应不同的外部压力（响应灵敏度为0.024 V/N,响应时间为35 ms）,而且还能监测不同的身体运动,如关节弯曲、跑步和跳跃。3.PVDF/MXene/PI三明治型导电复合薄膜的研制及其人体热管理和监测与电磁屏蔽性能。采用溶液喷涂法将导电Ti3C2Tx MXene喷涂于PVDF表面,再粘贴聚酰亚胺（PI）胶带来组装三明治型导电复合薄膜。通过控制MXene的喷涂量,来提高复合材料的的电磁屏蔽性能。外界应变对中间MXene导电网络的影响,赋予了复合薄膜优异灵敏的人体监测功能,可监测手指弯曲,手臂弯曲,说话,喝水,触摸和按压等运动。最后,根据焦耳热原理,PVDF/MXene/PI复合薄膜在通电情况下可产生热量,耐高温绝缘PI胶带的粘贴有效地避免了导电层与人体的直接接触,可用于人体热治疗。4.PTFE/MXene/PI导电夹层驱动器的研制及其电热驱动和电磁屏蔽性能。通过一种非常简单和快速的“切割和粘贴”方法,将聚四氟乙烯（PTFE）和PI胶带粘在MXene薄膜表面,构建了一种柔性的PTFE/MXene/PI导电夹层结构。市售PTFE和PI胶带赋予了 PTFE/MXene/PI夹层结构理想的机械坚固性和疏水自清洁功能,因此它可以在不同的环境下工作。由于MXene薄膜的高导电性,PTFE/MXene/PI夹层结构表现出优异的电磁屏蔽能力,最大屏蔽值可达44 dB。更重要的是,基于PTFE和PI的热膨胀系数差异,PTFE/MXene/PI夹层驱动器可以在电压刺激下从PTFE侧向PI侧弯曲。最后作为概念原理,将驱动性能和电磁干扰屏蔽性能相结合,设计了一种智能屏蔽窗帘,进一步表明多功能PTFE/MXene/PI夹层结构可广泛应用于智能电子设备和柔性机器人设备。5.柔性轻质三聚氰胺海绵/MXene/聚硼硅氧烷（MSMP）混合结构的研制,用于高性能电磁干扰屏蔽和安全防护抗冲击。为提高导电复合材料的力学抗冲击性能,将导电的Ti3C2Tx和聚硼硅氧烷（PBS）掺入到多孔的三聚氰胺海绵（MS）中,提出了一种轻质柔性的三聚氰胺海绵/MXene/聚硼硅氧烷（MSMP）复合结构,该结构兼具抗外界冲击和电磁屏蔽性能。由于其剪切增稠特性,该纳米复合材料具有优异的能量耗散能力,能有效地降低外部冲击力。同时,纳米复合材料具有良好的电磁干扰屏蔽能力,最大屏蔽值可达39 dB。此外,由于PBS的粘弹性和内部的超分子网络,MSMP在切割后表现出明显的粘附性能,可以反复抵抗外部的切割损伤。最后,通过将MSMP纳米复合材料集成到普通运动服中,研制出一种安全的可穿戴运动防护装备,可以为人体提供双重保护。由于具有良好的安全防护性能和电磁干扰屏蔽性能,MSMP纳米复合材料有望在精密电子仪器和可穿戴防护设备中展现出巨大的应用潜力。

关键词：有机-无机杂化导电复合材料;界面结构设计;传感;电磁屏蔽;电热驱动

学科专业：无机化学

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 有机-无机杂化导电复合材料概述

1.3 有机-无机杂化导电复合材料的分类

1.3.1 薄膜型

1.3.2 织物型

1.3.3 多孔海绵型

1.3.4 其他类型

1.4 有机-无机杂化导电复合材料的制备

1.4.1 熔融复合

1.4.2 原位聚合

1.4.3 溶液混合

1.4.4 其他方法

1.5 有机-无机杂化导电复合材料的应用

1.5.1 传感领域

1.5.2 电磁屏蔽领域

1.5.3 电热驱动领域

1.6 本文的研究目标与研究内容

第2章 PVDF/CI和PVDF/CI/MXene压电复合薄膜的制备与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 PVDF/CI复合薄膜的制备

2.2.3 PVDF/CI/MXene复合薄膜的制备

2.2.4 表征方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 PVDF/CI复合薄膜的结构表征

2.3.2 PVDF/CI复合薄膜的拉伸性能和磁响应性能

2.3.3 PVDF/CI复合薄膜的传感性能

2.3.4 PVDF/CI复合薄膜的电磁屏蔽性能

2.3.5 PVDF/CI/MXene复合薄膜的结构及电磁屏蔽性能

2.3.6 PVDF/CI复合薄膜的磁-力-电耦合性能机理

2.4 本章小结

第3章 PVDF/AgNWs/CNTs可穿戴织物的研制及性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验材料

3.2.2 银纳米线(Ag NWs)溶液的合成

3.2.3 基于PVDF/AgNWs/CNTs导电织物的可穿戴传感器的制备

3.2.4 表征方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 所合成的Ag NWs溶液和PVDF基复合材料的表征

3.3.2 PVDF基复合材料的疏水自清洁功能

3.3.3 PVDF基复合材料的电磁屏蔽性能

3.3.4 PVDF基复合材料的力传感性能

3.3.5 PVDF基复合材料的人体监测性能

3.4 本章小结

第4章 PVDF/MXene/PI导电复合薄膜的制备及性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验材料

4.2.2 MXene纳米片的合成

4.2.3 PVDF/MXene/PI复合薄膜的制备

4.2.4 表征方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 所合成的MXene纳米片的表征

4.3.2 PVDF/MXene/PI夹层结构的表征

4.3.3 PVDF/MXene/PI夹层结构的应变传感性能

4.3.4 PVDF/MXene/PI夹层结构的人体监测性能

4.3.5 PVDF/MXene/PI夹层结构的电磁屏蔽性能

4.3.6 PVDF/MXene/PI夹层结构的电热性能

4.4 本章小结

第5章 PTFE/MXene/PI导电夹层驱动器的研制及性能

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验材料

5.2.2 二维过渡金属碳化物(MXene)纳米片的合成

5.2.3 表征方法

5.3 结果与讨论

5.3.1 MXene薄膜和PTFE/MXene/PI夹层结构的制备与表征

5.3.2 PTFE/MXene/PI夹层结构的机械稳健性

5.3.3 PTFE/MXene/PI夹层结构的疏水自清洗性能

5.3.4 PTFE/MXene/PI夹层结构的导电性和电磁干扰屏蔽性能

5.3.5 U型PTFE/MXene/PI驱动器的电加热性能

5.3.6 S型PTFE/MXene/PI驱动器和基于PTFE/MXene/PI夹层结构的四指夹持器

5.3.7 一种智能窗帘:屏蔽光和电磁辐射

5.4 本章小结

第6章 柔性海绵/MXene/PBS导电复合材料的研制及性能

6.1 引言

6.2 实验部分

6.2.1 实验材料

6.2.2 聚硼硅氧烷(PBS)的制备

6.2.3 MXene纳米片的合成

6.2.4 MSMP纳米复合材料的制备

6.2.5 表征方法

6.3 结果和讨论

6.3.1 MXene纳米片和PBS的合成和表征

6.3.2 MSMP纳米复合材料的合成和表征

6.3.3 MSMP纳米复合材料的力学性能

6.3.4 MSIMP纳米复合材料的粘附性能

6.3.5 MSMP纳米复合材料的防护和抗冲击性能

6.3.6 MSMP纳米复合材料的电磁屏蔽性能

6.3.7 基于MSMP运动防护服的研制

6.4 本章小结

第7章 总结和展望

7.1 工作总结

7.2 未来工作展望

参考文献

致谢