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摘 要

柔性电极是当前许多未来新型电子设备中不可或缺的一部分，比如可穿戴式的电子设备，人造皮肤等。而可穿戴的电子设备离不开电路的支撑，可是如果这些贴身的设备当中，藏着一根根僵硬的电线，使用起来的舒适度就会大打折扣。而柔性电极是很好能够解决这些问题的。可以通过静电纺丝的办法制备柔性电极，比如纳米纤维银纳米线。通过采用同轴电纺丝，以TPU为壳，银纳米线为核制备纳米纤维。以TPU为基底，核内的银纳米线包裹在其中并且集中。通过定向收集，把纤维收集成为网状，再通过纤维焊接技术，将纤维的接触点熔化再固化，把一维的纳米线变成二维的纳米网。这种纳米网具有透气性强、拉伸性能好、导电性强的特点。

关键词：柔性电极；静电纺丝；纳米纤维；银纳米线

Preparation of 1D fiber mesh flexible electrode by electrospinning

ABSTRACT

Flexible electrodes are an integral part of many future new electronic devices, such as wearable electronic devices, artificial skin and so on. Wearable electronic devices are inseparable from the support of the circuit, but if these close-fitting devices contain a stiff wire, the comfort of use will be greatly reduced. Flexible electrodes are good at solving these problems. Flexible electrodes, such as nanofiber silver nanowires, can be prepared by electrospinning. Nanofibers were prepared by using coaxial electrospinning, using TPU as the shell and silver nanowires as the core. Based on the TPU, silver nanowires in the core are wrapped therein and concentrated. Through directional collection, the fibers are collected into a mesh shape, and then the fiber contact points are melted and solidified by fiber welding technology to transform the one-dimensional nanowire into a two-dimensional nanomesh. The nanomesh has the characteristics of strong gas permeability, good tensile properties and strong electrical conductivity.

Key Words: flexible electrode; electrospinning; nanofiber; silver nanowire

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 3

1.1 研究背景 3

1.2 柔性电极 3

1.2.1 柔性电极的基本特性 3

1.2.2 用于柔性电极的导电材料 4

1.2.3 用于柔性电极的柔性基底 5

1.2.4 银纳米线的制备 5

1.3 静电纺丝 6

1.3.1 同轴电纺 7

1.3.2 定向收集 7

1.4 纤维焊接 7

1.5 课题目标 8

第二章 实验内容 8

2.1 实验材料 8

2.2 仪器 9

2.3 合成银纳米线 9

2.4 电纺弹性纤维 10

2.4.1 电纺TPU-85AX 10

2.4.2 电纺TPEE-130D 10

2.4.3 电纺TPEE-155D 10

2.4.4 电纺TPEE-163D 10

2.4.5 拉力性能测试 11

2.5 同轴电纺并定向收集 11

2.6 纤维焊接 12

2.6.1 加热焊接 12

2.6.2 溶剂蒸汽焊接 12

2.7 导电性能测试 12

第三章 结果与讨论 12

3.1 电纺纤维的SEM测试 12

3.2 拉力测试 13

3.3 合成的银纳米线的SEM测试 15

3.4 同轴电纺制备银纳米线/聚合物纳米纤维的SEM测试 15

3.6纤维焊接 16

3.7导电测试 17

第四章 结论 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 引言

1.1 研究背景

近年来，材料科学一步步的发展，在不同的领域有着突破性的进展，给人们的生活带来了极大的改变。就比如，最贴近我们生活的手机的快速更新换代，从按键机到如今的全面屏手机，可穿戴式的电子设备在生活中越来越多被应用，给生活带来了极大的便利得益于柔性电极的发展。柔性电极所具有的透明性、导电性、可拉伸性符合今后的发展趋势,未来还希望电子设备可以被弯曲甚至扭曲变形^[1]。相比于传统的电极，也就是硬质电极，柔性电极的拉伸强度比较好、结果弯曲或者折叠等外力作用也后易复原、不易脱落等机械性能。银纳米线本身具有导电性好、电阻低、容易成膜、纳米尺寸效应^[2]。可以应用在传统的氧化铟锡制备的透明氧化膜透光率差，雾度比较高，成本昂贵，柔性不好，并且制备氧化铟锡的铟稀缺^[3]，所以采用银纳米线做柔性电极有很大的发展空间。

1.2 柔性电极

柔性电极就是在聚合物中添加某种特殊的添加剂，通过改变聚合物之间的分子之间的结构，结构改变之后性质也发生了相关的变化，会变成导电性和拉伸性很好的柔性电极材料。经过近几十年来的研究以后，科学家们认为柔性电极材料仍然具有很大的潜力，可以获得传统硬电子设备无法获得的应用。该领域的深入研究涉及材料制备，器件制造和性能改进，这些都为有机电子的发展做出巨大贡献。最近的发展在可拉伸电子学领域取得了巨大进步^[4]，专注于电子弹性基底的装置。这种电子器件不仅能够弯曲，折叠，扭曲，压缩，拉伸，甚至变形成任意形状，而且还能保持高水平的电气性能，可靠性和集成度^[5]。可以在智能服装，可折叠显示器，机器人皮肤，可拉伸太阳能电池，介电弹性体执行器和生物启发设备当中应用。

1.2.1 柔性电极的基本特性

柔性电极具有可拉伸性：任何超薄形式的材料在某种程度上都具有柔韧性，因为弯曲应变可随厚度线性减小，单晶金属的本质上是脆性和刚性的，如果金属的薄度降低到一个程度以后，比如纳米线，纳米带或者纳米膜就是柔性的。

常见的可拉伸结构主要有：波状几何形状、渗透网络、弧形互连、蛇形互连盘绕^[6]结构和金属纳米网。

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