基于导电高分子纳米材料的驱动器件和存储器件的研制

论文摘要

导电聚合物自发现的三十多年以来,因其特殊的光学、电学、力学和磁学等性质,日益用作太阳能电池、光电器件、超级电容、传感器、记忆材料、驱动器及人造肌肉的重要组成材料。而具有纳米结构的导电聚合物及其复合材料更兼具导电聚合物和纳米材料的特性,在催化、传感、医药卫生、磁性材料、光学材料和电子学等领域都有广阔的应用前景。本论文主要对基于导电聚合物纳米材料和纳米复合材料的器件进行了研究,着眼于两种器件:一是基于导电高分子纳米纤维膜的全塑固态驱动器,一是基于导电高分子/金纳米颗粒复合材料的记忆器件。本文采用两步法,制备了具有ABA三层结构、能在空气中工作的驱动器,并对驱动器的性能和结构进行了详细研究。研究表明,该驱动器A层为聚吡咯纳米纤维膜,其一维纳米纤维堆积结构令ABA各层结合紧密。这赋予了驱动器具有较好的驱动性能（位移0.1 mm/s）以及较强的力学性能（拉伸强度3.1 MPa）。与基于单壁碳管的驱动器相比,性能相当,又有很大的成本优势。另一方面,本文采用电化学合成的方法,制备了基于聚3-己基噻吩/金纳米颗粒复合材料的记忆器件,并研究了其结构和性能。研究表明,金纳米颗粒表面的3-（11-巯基-1-十一烷氧基）噻吩具有关键作用。该噻吩硫醇的硫醇基团通过金硫键与金颗粒相连,噻吩基团与3-己基噻吩共聚。这使得金纳米颗粒在导电聚合物基体中能够均匀分布,同时具有一致的形态。稳定的复合膜的结构赋予器件良好的电双稳态特性,研究表明,器件的开关比达到104,在同类基于导电高聚物电双稳材料的器件中处于较高水平。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 纳米技术与纳米材料
• 1.2 导电聚合物
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 导电聚合物的合成
• 1.2.3 导电聚合物微结构的制备
• 1.3 导电聚合物复合材料
• 1.4 导电聚合物器件的应用
• 1.4.1 驱动器
• 1.4.2 信息存储器件
• 1.5 本论文主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2.2 基于导电高分子纳米纤维膜的全塑固态驱动器的制备与表征
• 2.3 基于导电高分子/金纳米颗粒复合膜的记忆器件的制备与表征
• 第3章 基于导电高分子纳米纤维膜的全塑固态驱动器
• 3.1 器件的结构
• 3.2 器件的驱动性能
• 3.2.1 器件的电化学性质
• 3.3.2 器件的位移测试
• 3.3.3 器件的拉曼光谱
• 3.2.4 器件的老化测试
• 3.3 器件的力学性能
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于导电高分子/金纳米颗粒复合材料的记忆器件
• 4.1 金纳米颗粒的合成
• 4.2 导电高分子/金纳米颗粒复合材料的电化学合成
• 4.3 导电高分子/金纳米颗粒复合材料的结构
• 4.4 导电高分子/金纳米颗粒复合材料的紫外光谱
• 4.5 器件的电学性能
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 论文图表索引
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果