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类石墨烯微褶皱的制备与应用研究

类石墨烯微褶皱的制备与应用研究

作者：段智龙哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

微褶皱是在微观尺度内由于结构失稳而产生的一种结构。由于微褶皱具有较好的结构周期性、机械伸展性、摩擦学特性等性质,所以常常被用于制造光学、电子传感器件、特殊浸润涂层等领域。快速、简便及可控地制备具有功能性的微褶皱越来越... 详细信息

微褶皱是在微观尺度内由于结构失稳而产生的一种结构。由于微褶皱具有较好的结构周期性、机械伸展性、摩擦学特性等性质,所以常常被用于制造光学、电子传感器件、特殊浸润涂层等领域。快速、简便及可控地制备具有功能性的微褶皱越来越受研究者们的青睐。类石墨烯材料(MXene)往往具有优良的导电性能、高效的电磁屏蔽性能及大的比表面积,也常常被用于制作高性能的超级电容器、电池、催化剂等。本论文将结合微褶皱特殊的结构性质及类石墨烯材料优秀的材料性能,试图制备出具有一定传感响应性的功能性微褶皱。本论文中所使用的类石墨烯材料为钛碳化铝(TiAlC),并利用LiF+HCl将其刻蚀为层状结构。刻蚀所得的样品的晶体结构发生了明显变化,并且在刻蚀后的样品中Al元素明显减少、F元素出现。将所得的层状TiCT在水中进行超声剥离,可得到片层的TiCT分散液。该片层TiCT结构具有良好的水分散性。通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性基底以单轴拉伸的方式进行形变,采用喷涂的方式,将片层的TiCT分散液沉积到拉伸状态的PDMS膜上,可在PDMS表面得到“条带型”微褶皱结构。微褶皱的形貌可通过PDMS膜的拉伸长度来控制,膜拉伸形变程度越大,所形成的微褶皱波长越小,实验结果同有限元软件ANSYS的模拟结果基本一致。所制备的微褶皱结构可作为应变传感器的传感基元,该传感器对手指弯曲具有较为灵敏的响应性。通过将聚氨酯(PU)弹性基底以吹气膨胀的方式进行形变,依旧采用喷涂的方式,将片层的TiCT分散液沉积到吹胀状态下的PU膜上,可在PU表面得到“山脊状”微褶皱。微褶皱的形貌可通过PU膜的吹胀高度及片层TiCT分散液喷涂量来控制,PU膜吹胀高度越高、TiCT喷涂量越多,则形成的微褶皱波长越小,实验结果同理论模拟结果基本一致。将该形貌的微褶皱用于柔性压力传感器制备中,所制备的传感器的量程在0.005-0.6 N之间,测量范围较宽,稳定性较好,可用于微小压力的检测。将该传感器用于声音的检测中,发现其对一定频率和强度范围内的声音具有良好的响应性。

关键词：微褶皱 Ti3C2Tx 喷涂法有限元分析柔性力学传感器

SMPLA/rGO微褶皱的制备与摩擦纳米发电性能研究

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SMPLA/rGO微褶皱的制备与摩擦纳米发电性能研究

作者：张欢天津科技大学

学位级别：硕士

随着资源大量消耗和环境压力的增加,探索一种能够将环境中的机械能转化为电能的方法是非常有研究价值的,摩擦纳米发电机（TENGs）作为可在纳米尺度内将机械能转化为电能的装置,为资源及环境的可持续发展奠定了基础。为了提高TENG的输出... 详细信息

随着资源大量消耗和环境压力的增加,探索一种能够将环境中的机械能转化为电能的方法是非常有研究价值的,摩擦纳米发电机（TENGs）作为可在纳米尺度内将机械能转化为电能的装置,为资源及环境的可持续发展奠定了基础。为了提高TENG的输出性能,本论文研究制备了新型智能材料:形状记忆聚乳酸（SMPLA）,通过其形状记忆功能形成不同大小的石墨烯（rGO）微褶皱并用于TENG,构建rGO微褶皱TENG。通过控制SMPLA的形变量来制备不同形貌的rGO微褶皱,使正负极摩擦材料的有效接触面积发生改变,从而大幅提高TENG的输出性能。本论文首先合成了三种不同分子结构的树枝状助剂MT、AMT、EMT,与聚乳酸（PLA）共混使其具备了优异的形状记忆性能,制备SMPLA,对纯PLA及不同SMPLA各性能综合分析,选出最佳助剂及配比。通过TGA测试各SMPLA的热稳定性,DSC测试获得形状记忆形变及回复温度,力学拉伸测得PLA/MT-25（添加25wt%MT的PLA）的断裂伸长率可达670%以上。进行紫外光透过率测试SMPLA透光性,水蒸气透过率测试其透水透湿性,XRD分析了SMPLA在形状记忆过程中的晶体结构变化情况,单向稳态剪切流变测试增塑效果。最后进行了形状记忆性能测试,PLA/MT-25的回复率可达99.2%,回复时间仅0.6s,回复速度是纯PLA的13.5倍,几乎实现瞬间回复。综合对比分析以上SMPLA各方面性能,选择了最佳助剂MT,最佳质量百分比25%,即PLA/MT-25。通过加入MT,改善了PLA力学脆性,增加柔韧性,同时使PLA具备了优异的形状记忆功能,可实现瞬间回复,将生物可降解PLA制备成为了可形状记忆的智能材料。选取最佳形状记忆聚乳酸PLA/MT-25作为基底,旋涂氧化石墨烯（GO）,经HI还原为rGO,制备SMPLA/rGO双层膜结构,通过SMPLA形状记忆性能制备了SMPLA/rGO微褶皱。研究SMPLA/rGO的泊松比问题,并通过ATR-FTIR、拉曼光谱研究了GO还原程度,通过FESEM探究rGO微褶皱的表面结构,随SMPLA形变量增加,微褶皱逐渐变密,波长减小。将SMPLA/rGO微褶皱作为正极摩擦材料,PVDF作为负极摩擦材料,Al为电极,组装构建SMPLA/rGO微褶皱TENG,并测试其输出性能及持久稳定性。随SMPLA形变量增加,TENG输出电流和电压均大幅增加,当形变150%时,其输出电流和电压分别达到60μA和30V,是无褶皱TENG的12倍和6倍,测试其工作一小时输出电信号情况,不论电流还是电压输出都是持久稳定的。最后通过SMPLA/rGO微褶皱TENG为电子表供电使其正常工作,说明本论文设计研究的SMPLA/rGO微褶皱TENG能够为功率较小的可穿戴电子设备供电来保证其正常工作。

关键词：形状记忆聚乳酸石墨烯微褶皱摩擦纳米发电机

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柔性微结构生物电干电极研究进展

微纳电子技术 2024年第1期61卷 11-20页

作者：赵轩陈莉牛鑫刘皓天津工业大学纺织科学与工程学院天津300387 天津工业大学智能可穿戴电子纺织品研究所天津300387

为探讨柔性微结构生物电干电极的研究进展,结合国内外最新的研究成果,介绍了微结构生物电干电极的表面接触式和穿透接触式两种工作原理及各自简化的界面模型和等效电路模型。基于微针结构、微柱结构和微褶皱结构的不同特点,将微结构干... 详细信息

为探讨柔性微结构生物电干电极的研究进展,结合国内外最新的研究成果,介绍了微结构生物电干电极的表面接触式和穿透接触式两种工作原理及各自简化的界面模型和等效电路模型。基于微针结构、微柱结构和微褶皱结构的不同特点,将微结构干电极分为微针干电极、微柱干电极和微褶皱干电极,分别从电极所使用的基底和导电材料、电极制备工艺技术、仿生结构的运用和生物电信号采集性能等方面进行了详细的综述。最后分析了三种微结构生物电干电极在长期动态生物电信号的监测方面存在的优缺点,并对该领域未来的发展趋势和研究重点进行了展望。

关键词：柔性干电极微针微柱微褶皱仿生结构生物电信号

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生物兼容蛋白水凝胶微图案的光刻平版印刷

高等学校化学学报 2016年第4期37卷 715-722页

作者：郑博元纪锋颖侯智善孙思明孙允陆杨蕊竹吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室长春130012 青岛市疾病预防控制中心青岛266033 表面物理与化学重点实验室绵阳621907

通过简易的紫外光刻平版印刷技术,对无化学修饰的生物兼容性良好的天然牛白蛋白的水相光刻胶进行微图案化加工,获得了可用作微光栅器件的蛋白质微条纹结构,表征了蛋白质凝胶微条纹图案的宏观性状.结果表明,其折射散射彩虹色明显,单束激... 详细信息

通过简易的紫外光刻平版印刷技术,对无化学修饰的生物兼容性良好的天然牛白蛋白的水相光刻胶进行微图案化加工,获得了可用作微光栅器件的蛋白质微条纹结构,表征了蛋白质凝胶微条纹图案的宏观性状.结果表明,其折射散射彩虹色明显,单束激光经过后的衍射条纹对称度高,可获得11级衍射条纹.通过改变参数实现了条纹的可控褶皱.将图案化的蛋白水凝胶膜用于肝癌细胞的培养,实现了细胞图案化排布.

关键词：紫外光刻蛋白质水凝胶微光栅生物兼容性微褶皱

温度影响下煤层顶板砂岩的破坏机制及塑性特性

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中国科学（E辑） 2007年第11期37卷 1394-1402页

作者：左建平谢和平周宏伟彭苏萍中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学岩石力学与分形研究所

通过扫描电镜(SEM)研究了煤层顶板砂岩拉伸断裂后的断口形貌图,结合砂岩破坏的表面形貌图,在细观和微观层次对砂岩的断裂机制进行了研究;比较了受不同温度影响后的微观断口形貌差异,特别是高温疲劳断口的出现,证实了温度对砂岩破坏的微... 详细信息

通过扫描电镜(SEM)研究了煤层顶板砂岩拉伸断裂后的断口形貌图,结合砂岩破坏的表面形貌图,在细观和微观层次对砂岩的断裂机制进行了研究;比较了受不同温度影响后的微观断口形貌差异,特别是高温疲劳断口的出现,证实了温度对砂岩破坏的微观断裂机制产生了影响,即随着温度的升高,砂岩的断裂机制由以局部脆性断裂机制为主向局部脆性和延性耦合断裂机制转变,并观察到大量的塑性变形,这是影响砂岩强度变化的根本原因,并可能是微褶皱.

关键词：砂岩温度-应力共同作用断口形貌塑性变形扫描电镜微褶皱

基于生物结构的光子晶体制备及其光学性能研究

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基于生物结构的光子晶体制备及其光学性能研究

作者：王斌南京师范大学

学位级别：硕士

在自然界中,有些生物体经过不断地进化能够形成精巧的微纳结构。本文从鞘翅目昆虫拉步甲的微纳结构及光学特性开始研究,接着通过光刻、镀膜等技术对拉步甲的微纳结构及双色特性进行了仿生,最后利用拉步甲表面的微结构研究微图形对褶皱... 详细信息

在自然界中,有些生物体经过不断地进化能够形成精巧的微纳结构。本文从鞘翅目昆虫拉步甲的微纳结构及光学特性开始研究,接着通过光刻、镀膜等技术对拉步甲的微纳结构及双色特性进行了仿生,最后利用拉步甲表面的微结构研究微图形对褶皱的调控作用。本文的主要内容如下：一.利用光学显微镜及扫描电子显微镜获取拉步甲鞘翅的表面微结构。通过超薄切片及透射电子显微镜,获取拉步甲表皮层结构。依据不同角度观测到拉步甲的不同颜色,通过变角度光谱测量得到相应的光谱。最后,通过特征矩阵模拟验证其光学特性。二.利用相关的微加工技术对拉步甲的鞘翅结构及双色特性进行仿生。首先,通过光刻技术复制得到鞘翅表面的六边形凹槽阵列;其次,通过真空镀膜技术在六边形凹槽表面蒸镀交替的多层膜结构,得到类似鞘翅表皮的多层膜结构;最后,通过改变基板不同区域的反射,使同样膜层堆积的不同区域呈现不同颜色,实现双色特性。此外,通过调节不同基板的反射,实现了双色范围的可调。三.利用软光刻技术复制出拉步甲鞘翅的表面结构。通过在聚二甲基硅氧烷(PDMS)表面蒸镀不同的介质层,研究聚合物在蒸镀不同膜层下的起皱及龟裂现象。通过利用拉步甲鞘翅表面的微结构实现对微褶皱薄膜的调控,使褶皱的薄膜呈周期性排列。

关键词：微纳结构光刻薄膜仿生微褶皱

MXene基传感材料与微结构的制备与应用研究

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MXene基传感材料与微结构的制备与应用研究

作者：廉钟哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

二维材料MXene得益于其高导电性、光热转换性能、丰富的表面官能团、柔韧性和透明度、组成和结构修饰可调的性能,在高性能的电池、电催化、电致变色、场效应晶体管、电磁干扰屏蔽以及生物医学等众多领域里具有广泛的应用。其中TiCT由于... 详细信息

二维材料MXene得益于其高导电性、光热转换性能、丰富的表面官能团、柔韧性和透明度、组成和结构修饰可调的性能,在高性能的电池、电催化、电致变色、场效应晶体管、电磁干扰屏蔽以及生物医学等众多领域里具有广泛的应用。其中TiCT由于其易于制备且性能优良是应用最为广泛的一种MXene材料。然而,该类材料往往存在易于氧化和灵敏度限制等缺点,不利于其在特殊环境中的应用。本论文通过对于TiCT进行共混修饰和微结构加工,提升了MXene自身的传感性能,利用TiCT出色的光热转换能力和导电性,制备了一系列具有近红外响应的纸芯片和对于微小压力有检测能力的微褶皱压力传感器,同时利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电化学工作站以及红外照相机等检测手段对它们的性能进行了表征。本论文主要从以下两个方面展开:(1)以乙二醇和氯化胆碱为氢键供受体,利用共混法制备了一种绿色环保的低共熔溶剂(DES),将DES与TiCT进行混合,通过XRD与XPS测试确定DES在TiCT表面成功形成一层钝化膜,得到具有一定抗氧化能力的DES-TiCT。将之与高岭土共混,得到在纸基底具有良好书写性能的铅笔芯,利用控制变量法探讨了制备铅笔芯的最佳工艺,并将其书写制备不同宽度的纸芯片。利用TiCT优异的光热转换性能和DES的离子导电性,书写得到的纸基传感器对于近红外光具有灵敏的响应性和稳定性。并利用电化学工作站和红外相机对纸芯片的传感性能进行了检测,发现3 mm宽度的纸基传感器的最高电流变化率可以达到204%,表面温度最高可达到183.4℃。(2)在单轴拉伸状态下的PDMS基体表面,通过磁控溅射法沉积薄层Au膜,随后缓慢释放柔性基底中的预应变,由于柔性基底与硬质膜的模量不匹配产生了微米级周期性的褶皱结构。通过SEM的表征结果得出结论,微褶皱的波长和幅值可通过调节预应变程度和磁控溅射时间控制。随预应变程度增加,微褶皱的波长减小,而幅值增大;随溅射时间的增加,微褶皱的波长和幅值增大。将TiCT喷涂于微褶皱表面,以面对面的方式组装得到一种压阻式压力传感器。最后通过电化学工作站和小拉力机检测了它的压力响应性能,发现该压力传感器对于微小压力具有灵敏和稳定的响应,最低检测限度为50 Pa,最高可检测限度为1000 Pa,未来有望应用于人体生理信号的检测。

关键词： MXene 光热转换纸芯片微褶皱

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世界

布老虎青春文学 2008年第5期 5-9页

作者： Ray

那还是高中的时候,同桌女生喜欢看安妮宝贝的小说。我趴在桌子上,从睡梦中醒来无意间看见她在看《莲花》,封面的最下角用很小的字体写着"生是过客,跋涉虚无之境"。再次见到这句话,已事隔六年。他,爱背着牛皮的背包,那本《莲花》就静静... 详细信息

那还是高中的时候,同桌女生喜欢看安妮宝贝的小说。我趴在桌子上,从睡梦中醒来无意间看见她在看《莲花》,封面的最下角用很小的字体写着"生是过客,跋涉虚无之境"。再次见到这句话,已事隔六年。他,爱背着牛皮的背包,那本《莲花》就静静地躺在里面,封面略微褶皱,纸张也已经泛黄。我们相识在西藏的一家旅馆对面的小酒吧,名字很适合他,叫做"背包客",除了可以喝酒。

关键词：世界背包虚无微褶皱西藏封面旅行莲花旅馆行走

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基于页岩各向异性正演模拟研究

基于页岩各向异性正演模拟研究