基于磁流体磁场图案化构建柔性电子器件
柔性-可拉伸电子器件是近年来新兴的一种可用于模拟人体皮肤的功能性器件。通常情况下，柔性-可拉伸电子器件由柔性基底材料及导电敏感材料组成，二者缺一不可。其中，柔性基底材料赋予所制备的器件基础力学-机械性能，起到支撑、保护整个器件的作用;而导电敏感材料赋予所制备的器件导电性能，起到传输信号的作用。 相较于其他类型的柔性电子器件，液态导体基柔性电子器件具有一定的优势，如:液态导体在本质上具有无限的瞬时变形能力，赋予最终器件更好的性能;柔性基底材料及导电材料的可选择范围更广，且能充分发挥各自最大作用;同时，不会有由导电材料直接接触皮肤带来的安全性问题等。但是，目前关于液态导体基柔性电子器件的报道及制备方法较少，且制备过程复杂，因此，开发新的、快速高效、绿色环保的液态导体基柔性电子器件的制备技术是必要的。 本研究将磁场图案化技术、离子液体基磁流体、光聚合氧阻聚效应及液态光敏树脂的原位封装技术相结合，制备了磁流体基图案化的柔性电子器件。其中，磁场图案化技术为成型方式/媒介，离子液体基磁流体为导电敏感材料/成型材料，光聚合氧阻聚效应可以实现/促进上下两层材料的粘接，液态光敏树脂为封装材料（即:柔性基底材料）。 首先，制备了离子液体基磁流体，通过XRD、TEM、TGA、电导率仪等表征了实验用磁流体的成功制备，并通过定量观察磁流体在有/无磁场作用下的沉降/分层现象，证明所制备磁流体的稳定性。随后，通过筛选液态光敏树脂，得到机械性能良好的光敏树脂配方体系，用于基底材料及封装材料。紧接着，通过液态光敏树脂与离子液体的相容性，及固化后的树脂材料与离子液体的溶胀性能表征，研究了所选用树脂材料与离子液体基磁流体的稳定性。 其次，通过COMSOL Multiphysics软件对钕铁硼永久磁铁及磁场图案化技术做了模拟表征，证明利用磁场图案化技术图案化磁流体的可行性。最后，制备了一系列不同线宽的直线型及不同结构（不同“S”弯个数的曲线型）的磁流体基柔性电子器件，并研究了其电-机械性能。具体地，所制备的器件表现出较宽的监测范围(至少100％)、较好的循环稳定性及低滞后性等。且对于0.3mm线宽的直线型器件(MFBL-0.3)来说，其灵敏度可达11.7，而对于3个“S”弯的曲线型器件(MFBS-3)来说，灵敏度仅为1.9。此外，为了拓宽所制备器件的应用领域，探索了其在监测脉搏、手指弯曲等健康监测领域的应用，且由于磁流体的特殊性能，还探索了其在监测光、热、磁等领域的潜在应用。
柔性电子器件;制造工艺;离子液体基磁流体;磁场图案化
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
朱晓群
2021
中文
TN605
2021-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）