纳米纤维素基材料在柔性电子器件中的应用

目的 由于纳米纤维素基材料良好的柔韧性、热力学性能和高透明度,近年来在柔性电子产品中引起越来越多的关注。通过综述该领域的研究进展,将有助于研究人员更高效地开展研究。方法 综述3类纳米纤维素的制备方法及将纳米纤维素基材料应用在柔性电子产品中的研究进展。分别阐述纳米纤维素基材料应用于器件柔性衬底及绝缘材料的研究实例,并讨论纳米纤维素在各种应用方向中的优势以及存在的问题,最后对材料的未来应用前景进行展望。结论 纳米纤维素是天然纤维素与纳米技术结合的产物,可主要划分为纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶以及细菌纤维素3类。近年来,纳米纤维素基材料作为电子器件柔性衬底、绝缘材料等研究均有许多成果问世。虽然纳米纤维素基电子器件的开发还主要停留在实验室阶段,但是与传统的石油化工产品相比,纳米纤维素具有原材料丰富、环保可降解等优点。对纳米纤维素基新型材料的开发利用,有助于解决人类社会中日益严重的电子垃圾问题。     

柔性衬底ITO薄膜的制备及其光电性能研究

在室温下,采用直流反应磁控溅射法,在聚酯薄膜（PEP）衬底上镀制了高性能的ITO薄膜。为了提高薄膜与基底的结合力,溅射前采用多弧离子源对PEP表面进行了等离子体清洗。研究了溅射工艺参数对ITO薄膜的光电性能和红外发射率的影响规律,探讨了ITO膜的透光和导电机理,并分析了方块电阻与红外发射率的相互关系。实验结果表明,通过等离子体清洗,ITO薄膜的结合力和光电性能都得到了改善。ITO薄膜的红外发射率和方块电阻受制备条件的影响规律具有相似之处,红外发射率随薄膜方块电阻的增大而呈增加的趋势。     

飞秒激光制备柔性电子器件进展

消费电子市场正推动柔性电子器件向集成化、小型化及可穿戴的方向发展,同时也对柔性电子器件的制备提出了新的要求.光刻工艺加工精度高,但其成本昂贵、加工流程复杂且效率低.相比而言,飞秒激光加工兼有加工精度高和工艺流程简单的特点,已展现在制备柔性电子器件方面的独特优势和应用前景.为了更好地了解这一新兴领域的进展,本文概述了与柔...     

纳米Ag链的制备及其在聚氨酯基柔性导电复合材料中的应用

针对柔性聚合物基导电复合材料的导电性差和柔性差这2个关键问题,分别从导电填料的柔性化及降低填料含量2方面着手,以脱氧核糖核酸（DNA）大分子链作为模板,制备了大小均一、链状排列的柔性纳米Ag链及纳米Ag链填充的聚氨酯基柔性导电复合材料。利用SEM对纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料的界面结构进行了表征,探讨了纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料导电性及柔性的机制。研究发现:保持导电填料总质量分数为76%、纳米Ag链的质量分数为4%时,纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料的电阻率及形变前后的电阻变化比值达到最佳值,分别为2.13×10-4 Ω·cm和3.6;当以纳米Ag链为单一填料时,制得的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料具有优异的柔性;泡沫法制备的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料可以在低填料质量分数时达到更高的导电性,当纳米Ag链质量分数为60%时,方阻为56 Ω/sq,低于共混法制备的填料质量分数为65%时的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料（98 Ω/sq）。      

自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性电极的制备及其电化学性能的研究

硅作为锂离子电池负极材料具有极高的理论比容量(4200mAh/g),是目前商业化石墨负极材料的数十倍。但是由于在充放电过程中极易发生粉化破碎,导致其循环比容量会迅速衰减。首次通过水热还原的方法制备了自支撑纳米硅/石墨烯复合纸柔性负极材料。SEM表征显示纳米硅颗粒均匀地分散在石墨烯片层中,制得的复合纸电极较纯硅纳米颗粒的电化学性能有大幅度提高,在100mA/g的电流密度下,首周放电比容量4003mAh/g,十分接近硅的理论比容量,且首周库伦效率高达91%。复合纸循环20周后比容量在3300mAh/g左右,50周后仍能维持1000mAh/g左右的比容量。这主要可归功于石墨烯纸电极优异的柔韧性和导电性,有效抑制了纳米硅颗粒的体积膨胀和结构破坏。同时水热还原法较低的还原温度保证了石墨烯纸还原前后厚度变化不大,有利于石墨烯片层与Si纳米颗粒的紧密接触。     

柔性电子器件的应用、结构、力学及展望

调控薄膜基底结构的表面不稳定性已被成功应用于制备可延展的新型电子设备中。然而,该类电子器件在工作中需要承受外部载荷作用,致使薄膜-基底结构界面处残余应力集中,容易诱发薄膜电子器件与基底脱粘与分层。该文将从理论分析和数值仿真角度,研究压电薄膜在柔性基底表面上的失稳特性。由于压电薄膜变形具有大位移小应变的特点,该文基于非线性Euler-Bernoulli梁理论与能量最小化原理,建立压电薄膜基底结构无屈曲、褶皱、局部屈曲及全脱层屈曲模式的理论分析模型;从能量角度定量分析了薄膜-基底结构4种模式相互演变的临界条件;通过数值仿真,验证了该文解析结的有效性,定量、定性的讨论了薄膜基底结构的材料、几何参数对4种模式演变的影响。研究结果表明：改变基底弹性模量、预应变、物理场强度和界面粘附系数能够调控压电薄膜基底结构的屈曲模式;通过调控温度变化量和电压的方式,能够实现对压电薄膜基底结构的失稳特性精细化调控。该文的研究结果将为提升薄膜基底型的电子器件的稳定性及优化设计提供理论支持。

     

AZO@C柔性纳米纤维的制备与性能

以聚乙烯醇(PVA)为原料,成功制备了新型掺铝氧化锌包覆碳结构(AZO@C)的柔性纳米纤维。首先通过静电纺丝制备PVA初生纳米纤维,经过热处理工艺提高纳米纤维的耐水性,然后采用水热合成法在其表面包覆一层锌铝氢氧化物,再经过在500℃高温条件下烧结,PVA表面包覆的锌铝氢氧化物发生脱水反应形成致密的掺铝氧化锌(AZO)纳米粒子,同时PVA纳米纤维在高温煅烧中被炭化,形成一种新型AZO@C纳米复合材料。采用红外光谱(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、扫描电镜(SEM)等对纳米纤维结构与性能进行测试及表征,AZO@C纳米纤维的平均直径为(320±45)nm。并通过太阳光下降解甲基橙实验证明了AZO@C柔性纳米纤维的光催化降解性能。     

基于柔性衬底的Ti、F共掺ZnO透明导电薄膜的制备及其性能研究

为了制备出高性能的可挠透明导电薄膜,采用脉冲激光沉积技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)衬底上制备了Ti、F共掺的Zn O(TFZO)透明导电薄膜。研究了不同衬底温度、氧分压及F的掺杂量对TFZO薄膜电学性能和光学性能的影响。实验结果表明,在衬底温度为150℃,氧分压为0.5 Pa,Ti、F掺杂量各为1%(原子比)时,制备的TFZO薄膜的电阻率达到1.69×10-3Ω·cm,可见光范围内平均透过率为81%。对薄膜进行弯曲可靠性测试和疲劳测试,向内、向外弯曲半径大于10mm时,薄膜电阻基本没有变化,在15 mm条件下弯曲1000次后薄膜亦无明显的电阻变化。     

利用HWCVD在柔性衬底上制备多晶硅薄膜

通过热丝化学气相沉积法（Hot Wire Chemical Vapor Deposition, HWCVD），采用间歇供应硅烷气体，持续通入氢气的方式控制硅薄膜的生长，发现该方法在有机衬底上生长的薄膜结构为多晶相占主导地位。此外，研究了不同间歇周期条件下薄膜的形貌和结构，并对生长机理进行了解释和讨论。     

羧甲基壳聚糖的制备及其在抗菌纸中的应用

研究了在碱性条件下,用一氯乙酸对壳聚糖进行化学改性,合成了具有良好水溶性的N,O-羧甲基壳聚糖。FTIR谱图表征了其结构,证实了在N和O上均发生了取代反应。测定了产物的取代度以及抑菌性能。同时采用浆内添加法和喷淋法制得了N,O-羧甲基壳聚糖抗菌纸,并检验了其抑菌效果。     

柔性YSZ-TiO_2纳米纤维膜的制备及其光催化性能研究

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为模板聚合物、醋酸锆[(Zr(Ac)_4]为锆源、六水合硝酸钇[Y(NO_3)_3·6H_2O]为稳定剂,通过均质处理的方法在前驱体溶液中加入二氧化钛纳米颗粒(TiO_2-NPs)并利用静电纺丝技术及煅烧工艺制备了掺杂TiO_2-NPs的柔性钇稳定氧化锆(YSZ-TiO_2)纳米纤维膜,并研究了其对亚甲基蓝(MB)的降解效果。研究结果表明:在MB溶液浓度为10mg/L,降解时间为70min,TiO_2-NPs用量为8%条件下,制得的柔性YSZTiO_2纳米纤维膜对MB的降解率最高达到95%,有望应用在污水处理等领域。     

硅纳米晶体的制备、性质及其在光电器件中的应用

硅纳米晶体作为最重要的元素半导体 硅的一种纳米形式,由于具有独特的光电特性和友好的环境相容性引起了研究者们的广泛关注。近年来,人们围绕着量子限域效应、表面效应和掺杂效应三个最重要的因素对硅纳米晶体的性质开展了研究,并通过三者对硅纳米晶体的电学和光学性能进行调控,使其满足面向印刷电子、硅基集成和生物兼容的高性能光电器件的应用。目前,基于硅纳米晶体的太阳能电池、发光二极管和光电探测器等重要光电器件已经被研制出来。综述了近年来国内外研究者们在硅纳米晶体的制备、性质研究及其在光电器件中的应用所取得的研究进展,并展望了硅纳米晶体在材料性能调控方面的发展前景。     

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。     

水热法制备棒状纳米氧化铁及其在碳纳米管制备中的应用

用水热法在不添加任何改性剂的条件下,以FeCl3·6H2O为原料制备出了直径在60～80nm,长度在200nm左右、均匀分散的棒状Fe2O3.将其应用于化学气相沉积法制备碳纳米管中,制备出了直径约30nm,长度在微米级的碳纳米管.对纳米氧化铁的形成机理及其在碳纳米管制备中的作用进行了讨论.     

纤维素导电基底及其柔性电子器件的研究进展

纤维素是自然界中含量丰富且可再生、可降解的天然材料.本文综述了物理、化学、生物或相结合的技术对纤维素的影响作用及可制备的纤维素基元材料,例如纤维素纤维、纳米纤维素和纤维素分子.基于纤维素纤维,利用湿法造纸技术可以生产具有高孔隙率的纤维素纸张基底;基于纳米纤维素,利用真空抽滤或涂布等方式可制备具有低表面粗糙度及高透明度的...     

自支撑氮掺杂石墨烯纸柔性电极的制备及其储锂性能的研究

以氧化石墨烯(GO)为原料,尿素为氮掺杂剂,采用固/气界面水热反应的方式,即在反应釜内将GO抽滤得到的氧化石墨烯纸(GOP)与尿素分解产生的氨蒸气相互作用,成功制备出自支撑氮掺杂石墨烯纸(NGP)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(RS)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测试对样品进行形貌结构及电化学性能的表征。测试结果表明:水热条件下尿素能有效地实现氧化石墨烯纸的氮掺杂,氮掺杂量为7.89%;氮掺杂石墨烯纸在100mA/g和500mA/g的电流密度下,充放电循环100周之后,放电比容量可分别保持在288mAh/g和190mAh/g。采用改进的固/气界面水热反应法制备的氮掺杂石墨烯纸较未掺杂石墨烯纸可逆比容量提高了近2.5倍,具有良好的循环稳定性,可为制备高性能的柔性锂离子电池负极材料提供新方法。     

高强度透明纳米纤维素纸的制备与性能表征

以毛竹为原料,采用高压均质法、微滤沉积法、聚乙烯醇基体抛光法制备透明的纳米纤维素纸(透明纸)。通过SEM、拉伸试验和UV-Vis测量系统分析了纳米纤维素纸的微观形貌与其力学性能和透光率的相应关系。研究结果表明,多孔网状的纳米纤维素纸(纳米纸)以及抛光处理后的透明纸与传统的A4复印纸相比有着高的拉伸强度,并且网络伸展使其断裂伸长率也有所提高。透明纸的弹性模量和拉伸强度分别为(1.31±0.35)GPa和(120.3±2.1)MPa。同时,采用聚乙烯醇高透明性基体抛光处理对纳米纸的透光性有着明显的改善,透明纸在600nm处的透光率为65%。这种高强度透明纳米纸在柔性光电材料领域有着一定的应用潜力。