柔性多孔传感聚合物泡孔和导电网络结构的设计、制备及调控
批准号:
52073096
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
黄汉雄
依托单位:
学科分类:
高分子材料加工与成型
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄汉雄
中文摘要
1)设计多种结构(单峰、双峰等)和尺寸(微米、微/纳米、纳米)的泡孔,提出制备新方法,通过深入探讨这些泡孔结构和尺寸对传感器电性能的影响,以揭示提高其输出性能、灵敏度、循环稳定性和降低其导电逾渗值的机理,为对泡孔的结构、尺寸和分布等进行优化,对不同泡孔结构进行组合与排布以提高传感器性能提供基础。.2)采用注塑微孔发泡制备未发泡皮层-发泡层(细小泡孔)-发泡层(较大泡孔)多层次梯度多孔结构的柔性材料,尤其采用注射压缩微孔发泡制备泡孔结构较均匀和导电网络结构较致密、稳定的多孔柔性材料,这有助于低成本、规模化制备大面积、集成的柔软压力传感器。.3)研究发泡阶段泡孔长大产生的拉伸和体积排阻效应,特别是注塑微孔发泡和注射压缩微孔发泡过程中流场、温度场和压力场对碳纳米管与石墨烯杂化填料的剥离、分散和排列的影响,分析杂化填料的三维导电网络结构的形成及其机理,探索能提高导电网络结构协同效应的优化参数。
英文摘要
1) The cells with several structures (mono-modal and bi-modal cell structures, and so on) and different sizes (micron, micro/nano, nano) are designed, and the novel methods are developed for fabricating them. The effects of these cell structures and sizes on the electrical performance of the sensors are deeply investigated, and thus the mechanism for improving the output performance, sensitivity, and cycle stability of sensors and reducing their conductive percolation can be explored. These will provide a foundation for improving the output performance of sensors via the optimization of the cell structure, size, and distribution, and by assembling and arranging the cells with different structures..2) The flexible porous polymers with a multi-level gradient structure (unfoamed skin layer-foamed layer with tiny cells-foamed layer with larger cells) are fabricated by microcellular injection molding. And the microcellular injection-compression molding is employed to fabricate the flexible porous polymers with a more uniform cell structure and more compact and stable conductive network structure. These facilitate the low-cost and large-scale fabrication of large-area and integrated flexible pressure sensors..3) The effects of following factors on the exfoliation, dispersion and alignment of carbon nanotubes-graphene hybrid nanofillers are investigated. The bubble growth-induced stretching and volume exclusion, especially the flow, temperature and pressure fields in both microcellular injection molding and microcellular injection-compression molding. The formation and its mechanism for the 3D conductive network structure of the hybrid nanofillers are analyzed, and the optimization parameters for improving the synergistic effects of the hybrid nanofillers conductive network structure are explored.
柔性传感器在许多新兴领域展现出广阔的应用前景,然而,如何实现柔性传感器的低成本、规模化生产是亟待解决的问题。..主要研究内容:.1. 研究聚合物纳米复合材料的流变行为、超临界CO2在聚合物复合材料中的溶解度及对复合材料黏弹性能的影响。.2. 设计、制备多种泡孔结构,并与设计、形成纳米粒子导电网络结构相结合,提高柔性压力传感器的性能,拓宽其应用范围,着重分析、揭示相关机理。.3. 设计、形成传感基片内纳米粒子导电网络结构或表面导电膜层,并与设计、制备表面微结构相结合,提高柔性传感器的性能,拓宽其应用范围,着重分析、揭示相关机理。..重要结果、关键数据及其科学意义:.1. 分析了热塑性聚氨酯基纳米复合材料流变行为的温度和剪切依赖性,尤其是揭示了部分纳米复合材料呈现复数黏度随温度提高而增加的异常流变行为归因于低剪切下多壁碳纳米管(MWCNTs)的物理接触。.2. 改变发泡工艺参数、在弹性基体中加入第二相聚合物和改变组分含量比等,有效形成了不同的泡孔结构、尺寸和密度以及泡孔壁结构和厚度;采用多种导电纳米粒子(包括石墨烯纳米片(GNPs)、MWCNTs和杂化纳米粒子)形成导电网络结构。泡孔与纳米粒子尤其是杂化纳米粒子导电网络相结合,明显提高了所制备传感基片的回弹性和所封装的压力传感器的性能,并将传感器成功应用于不同场景。.3. 提出了设计、形成传感基片内纳米粒子导电网络结构或表面导电膜层并与设计、制备表面微结构相结合的策略,明显提高了所封装柔性传感器的性能,拓宽了其应用范围。具体包括如下3种策略:1)在传感基片内形成杂化纳米粒子(包括MWCNTs/MXene、碳纤/MWCNTs和MWCNTs/GNP)导电网络结构并与表面微结构(倒微金字塔和微柱/倒微金字塔互锁)相结合;2)在传感基片表面形成导电膜层(MXene、聚吡咯和金膜层)并与表面微结构(仿生微纳结构、微柱和倒微金字塔)相结合;3)在传感基片内形成纳米粒子导电网络并与表面微褶皱聚吡咯导电膜层相结合。..通过分析、揭示相关机理,项目研究为调控泡孔和导电网络结构并与传感基片表面微结构和导电膜层相结合,高效制备综合性能高的柔性传感器并拓宽其应用范围提供了基础。
流场与超临界流体共同改善微细孔中空
吹塑的微纤网络和泡孔结构
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
高分子表面多层次微/纳结构的成型新方法和调控
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批准号:51533003
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项目类别:重点项目
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资助金额:290.0万元
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批准年份:2015
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
水辅混炼挤出聚合物/石墨烯纳米复合材料的结构与性能
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批准号:21374033
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项目类别:面上项目
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资助金额:83.0万元
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批准年份:2013
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
高孔隙率材料泡孔结构的相形态和流变调控机理
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批准号:11172105
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2011
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
水辅注塑中多层次结构形成与演变机理
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批准号:20874031
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项目类别:面上项目
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资助金额:34.0万元
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批准年份:2008
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
基于流变性能的混沌混炼流场参数与聚合物共混物和纳米复合材料形态的关系
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批准号:10672061
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
流场中高分子共混物形态-流变-性能的模拟与实验研究
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批准号:10272048
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项目类别:面上项目
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资助金额:27.0万元
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批准年份:2002
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
基于模拟的塑料拉伸吹塑制品形态和性能的控制
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批准号:20274012
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项目类别:面上项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2002
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
塑料吹塑中型坯吹胀与制品冷却的动力学
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批准号:29804004
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:13.0万元
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批准年份:1998
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负责人:黄汉雄
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依托单位:
国内基金
海外基金