蠶絲織物基底上柔性能源、傳感器件的構建與應用.pdf

1、隨著電子科學技術的高速發(fā)展，多樣化的便捷電子產(chǎn)品層出不窮。其中，結合柔性基底的可穿戴電子產(chǎn)品在醫(yī)療監(jiān)測、運動康復、通信娛樂等多個領域得到了廣泛的應用。相對于傳統(tǒng)電子，可穿戴電子具有更大的靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環(huán)境，滿足人們對于設備的形變要求。當前，電子設備實現(xiàn)可穿戴的關鍵是能源供給裝置的智能柔性化。如能發(fā)展柔性、輕質、便捷的能源轉換或存儲裝置，并將之與柔性傳感器結合，組裝成自主供能、儲能及傳感一體的智能設備，必將極大擴展

2、可穿戴設備的應用領域。傳統(tǒng)織物具有極佳的可穿戴性能，具有作為柔性器件襯底材料的潛力，然而粗糙的表面結構限制了其在可穿戴電子方面的應用。因此，如何將傳統(tǒng)織物與現(xiàn)代電子技術結合，開發(fā)兼具可穿戴性和能量供給/生理傳感特性的可穿戴元件，是目前這一領域急需解決的問題。
　　本研究主要內容包括：⑴在蠶絲纖維基底上構建了利用人體表面散失的熱量進行發(fā)電的可穿戴熱電發(fā)電機。通過水熱法成功合成了納米結構的Bi2Te3和Sb2Te3，并將其修飾在蠶絲織

3、物的兩面以組成熱電發(fā)電陣列的P型和N型熱電材料。通過銀漿的依次連接，組成了以12對熱電偶為原型的熱電發(fā)電機。實驗測試了重復彎曲和扭曲對器件性能的影響。同時，在研究中，對以蠶絲為基底的熱電發(fā)電機進行圖案化設計，并對器件在實際應用中對人體熱量的轉化進行了展示。⑵選擇蠶絲織物作為基底材料構建了具有高性能、超柔韌和較好機械穩(wěn)定性能的全印刷單基底的超級電容器。集流體和活性材料層通過絲網(wǎng)印刷的方法分別修飾在蠶絲織物基底和聚二甲基硅氧烷（PDMS）基

4、底上。從傳統(tǒng)的夾心型超級電容器結構設計中得到啟發(fā)，在電極上涂布固態(tài)電解質后，將 PDMS基底上的電極材料全部轉移到蠶絲織物基底上，形成了以單層蠶絲織物為基底的超級電容器。研究中，采用數(shù)碼照片和場發(fā)射電子顯微鏡對器件的構建過程進行了表征。利用循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電測試及電化學阻抗譜圖測試了器件的電化學性能。同時，對器件的機械穩(wěn)定性能和織物基底美學設計的全印刷技術進行研究，設計組裝的超級電容器器件在可穿戴領域顯示了良好的柔韌性能。⑶通過

5、簡單方法切割Parafilm，實現(xiàn)了圖案化設計；通過熱熔圖案化Parafilm?，實現(xiàn)了上下層織物的粘合固定。研究發(fā)現(xiàn)，調節(jié)熔化溫度可顯著改變兩個織物電極間的距離，進而影響器件的壓力感應性能。經(jīng)過實驗優(yōu)化發(fā)現(xiàn)，在100°C條件下融化組裝的器件具有最佳性能。本方法制備的器件具有高靈敏度、快速反應時間以及優(yōu)異的穩(wěn)定性能（超過500次按壓/釋放循環(huán)）。這項工作展示了壓力傳感器在人體運動過程及生理信號監(jiān)測中的潛在應用，同時提供了一種簡單、低成本