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柔性高分子基应变传感复合材料内部导电通路精确构筑与应变传感性能研究

批准号:
52073078
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱雨田
依托单位:
学科分类:
高分子共混与复合材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱雨田

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
将导电纳米粒子与柔性高分子复合制备得到柔性导电复合材料,材料在外力作用下发生形变,内部导电通路结构随之改变,导致材料输出的电阻信号做出相应响应,因此可用作柔性应变传感材料,在运动监测、健康监测、电子皮肤等新兴领域具有重要应用前景。然而,由于目前柔性高分子基应变传感材料内部导电通路杂乱无章,传感过程中导电粒子形成的导电通路演变及恢复不能完全可控及可重复,其应变传感稳定性、重复性、可控性较差,严重制约了这类材料走向实际应用。针对这一瓶颈问题,本项目拟从内部微观导电通路设计入手,发展3D微纳打印法与模板转印法精确构筑柔性高分子基应变传感材料内部微观导电通路结构,实现传感过程中导电通路的演变及恢复的可控与可重复,系统研究微观导电通路结构-应变传感性能之间的构效关系,明确传感机制,遴选最优导电通路结构,为制备高灵敏、高稳定性及良好重复性的柔性高分子基应变传感材料提供新的方法与思路。
英文摘要
Incorporating electrically conductive nanoparticles into flexible polymer can fabricate the flexible conductive polymer composites (FCPCs). Under strain, the deformation of FCPCs will cause the change of the conductive pathway inside the flexible polymer matrix, thus causing the change of resistance of the composites. Therefore, FCPCs can be used as the strain sensors in human motion monitoring, health monitoring, and e-skins. However, it is found that the destroy and recovery of conductive pathway are not controllable and repeatable during the strain sensing process because of the disorder conductive pathway formed by the conductive nanoparticles inside polymer matrix. As a result, FCPCs-based strain sensors exhibit poor stability and repeatability, which limit their practical applications. In this project, we plan to develop the 3D printing method and nanotransfer printing method to precisely construct the microscopic conductive pathway inside the flexible polymer matrix, which fabricate the FCPCs-based strain sensors with good stability and repeatability. Moreover, we plan to systematically investigate the relationship between the strain sensing properties of FCPCs-based strain sensors and the designed conductive pathways inside the flexible polymer matrix to find the optimal structure of conductive pathway and reveal the sensing mechanisms of each types of strain sensors. Finally, the results of this project can provide new idea and route to design high-performance FCPCs-based strain sensors.
将导电纳米粒子与柔性高分子复合,获得的柔性高分子导电复合材料在拉伸作用下,材料电信号对应变具有刺激响应行为,因此可用于柔性应变传感器。然而,由于简单复合获得的导电复合材料内部导电通路杂乱无章,导电通路在外力作用下演变及恢复不可控,因此这类材料的应变传感可控性、重复性及稳定性均较差。然而,简单的无机导电填料与柔性高分子共混复合获得的传统导电复合材料,由于内部导电通路杂乱无章,导电通路在外力作用下演变及恢复不可控,因此这类材料的应变传感可控性、重复性及稳定性均较差。针对上述瓶颈问题,我们通过对传感材料多级结构进行人为定构与设计,获得了超低应变检测下线、超宽应变检测范围、高稳定性的高性能应变传感材料。. 按照项目计划书,我们开展了以下三部分工作:.1).针对电子导体纳米材料复合而成的导电复合材料,我们提出采用静电纺丝技术将柔性高分子预先纺丝形成高连通的柔性纳米纤维薄膜,并通过超声技术在多孔纤维膜的纤维表面负载一层致密导电组分,使得该薄膜材料在较大拉伸范围内具有较高应变传感灵敏性与稳定性。.2).选用离子液体与柔性高分子复合获得离子导电的离子凝胶材料,获得了具有高离子电导率、高透明性、宽应变检测区间及高稳定性等诸多优点的柔性应变传感材料。此外,通过成型加工手段,我们将离子凝胶制备成薄膜状、多孔纤维膜、纤维丝及多孔泡沫状等多种形态传感材料,拓宽了柔性应变传感器的应用场景。.3).受肌肉纤维取向结构的启发,我们设计了具有取向结构的聚丙烯酰胺/海藻酸钠导电水凝胶,该材料具有高透明性、高拉伸-回复性,可用于设计柔性、透明应变传感器。.在本项目的资助下,我们完成了项目研究内容,达到了预期研究目标,在Nano Energy、Chemical Engineering Journal 等国内外期刊上发表SCI论文21篇
高分子功能复合材料
  • 批准号:
    RG25E030001
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    朱雨田
  • 依托单位:
高分子基柔性离—电型压力传感器有序微观结构构筑与压力传感性能研究
  • 批准号:
    52273070
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54.00万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    朱雨田
  • 依托单位:
高分子基柔性离-电型压力传感器有序微观结构构筑与压力传感性能研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    朱雨田
  • 依托单位:
无机纳米粒子与嵌段共聚物三维软受限下共组装的实验与计算机模拟研究
  • 批准号:
    21774126
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    朱雨田
  • 依托单位:
国内基金
海外基金