银纳米线核壳结构及其聚合物介电材料的制备及性能研究

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聚合物基纳米复合介电材料具有优异介电性能的同时还能保持良好的机械性能,被广泛应用于柔性电子、新型显示、生物工程等领域。本文以聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,简称PDMS)为聚合物基体,银纳米线(silver nanowires,简称AgNWs)为填充相的主体,通过引入过渡层防止导电网络形成的方式制备出三种核—壳(core@shell)结构的复合材料:AgNWs@SiO2、AgNWs@A1203以及AgNWs@PDA。主要探究了不同壳层的形成条件及形貌特征,研究了不同壳层、不同比例的填充量对复合材料微观形貌、热稳定性、玻璃化转变温度以及介电、疏水及机电性能的影响。(1)通过多元醇还原法制得较大长径比的AgNWs,利用溶胶凝胶法分别在AgNWs外包覆一层无定型态的Si02和A1203,以及多巴胺自聚合的方法得到有机物聚多巴胺(polydopamine,简称PDA)包覆层。通过改变原料的投入量来控制包覆层的厚度,成功制备出核AgNWs(70 nm)—壳包覆层(10~20 nm)的复合填料。(2)三种复合填料通过增强界面极化效应能有效改善PDMS的介电性能,在提高介电常数的同时也能维持住较低的介电损耗。尤其是20 wt%的AgNWs@Si02/PDMS纳米复合材料在1 KHz情况下达到了 6.7的介电常数(约是纯PDMS的2.7倍)和非常低的介电损耗0.02。(3)三种复合材料都表现出较好的疏水性能,且接触角都随着填充含量的增加也随之增加,这是因为掺入的填料能够增加膜的粗糙度。当填充量达到20 wt%时,复合膜的接触角为128°左右,比纯PDMS增加13°。大的初始接触角有利于其在电润湿器件中的应用。(4)三种复合材料能够增加机电灵敏度β值。10 wt%的AgNWs@PDA/PDMS纳米复合材料β值可达78,与纯PDMS相比,β值得到了两个数量级的提升,这在介电弹性体上具有一定的应用潜力。
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