Büyülü Davranışlar için Gereklidir
Esnek elektronik, cihaz tasarımında temel bir değişim temsil eder, bu optik performansla mekanik uyum sağlayan malzemelerden uzaklaşır ve karmaşık şekillerin kalbine oturtulabilir. Akıllı gözlemler ile eğrili ekranlardan gerçek zamanlı olarak çalışan metallerin ve malzemelerin bu alanda çalışmasını izlemek için talep asla daha yüksek değildir.
Temel Polimerlerin Temel Kavramları
Bir iletken polimer karışımı, organik polimer matrisi elektriksel olarak iletken bir şekilde birleştirir. Polimer matrisleri, termoplastikler, elastomerler veya termotip reçineler gibi, mekanik esneklik, dayanıklılık ve işleme kolaylığı sağlar.; aksi takdirde polimerik olarak karbon bazlı malzemeler, karbon nanotüpler (CNTs), grafik nanotüpler veya gümüş nano-bazlar veya metal tabanlı parçacıklara bağlı olarak elektrik iletkenliği sağlar.
Bu karışımlar, konjugated back Bone yapısı aracılığıyla elektrik kullanan, fiziksel ağ dolgusu yüzeylerde dağınık olarak, bu ayrımın önemli olduğu için, üreticilerin mevcut polimer sistemlerini tamamen yeni iletken polimerleri sentezlemesine olanak sağlar. Tasarım alanı geniş ve ince değişiklikler, dolgunlukta, yüzey kimyası ile karıştıran yüzeylerde meydana gelir ve karıştırma koşulları önemli ölçüde farklı şekillerde farklı hale getirebilir.
Polimer Matrix'in Rolü
Polimer matrisinin seçimi, betonun son özelliklerini büyük ölçüde etkiler. Polyimide ve polipit (PET) veya termoplastik poliurethane (TPU) esnek elektronik için popüler seçimlerdir, çünkü plastik benzeri elastikliği bir şekilde birleştirir ve bir cihazda diğer parçalara daha yüksek derecede fazla etkiye sahip olabilir.
Elektrik Davranışlarının Mekanikleri
Bir polimer karışımı aracılığıyla mevcut hareketlerin, tüm malzemeyi sürekli bir şekilde genişletilmesi gerektiğini anlamak gerekir. Mikro ölçekli, iletken parçacıklar, elektronların bir sonrakiye bir parçacıktan tünele veya umut etmelerine izin vermek için yeterince yakın olmalıdır. makro ölçekli, bu yerel bağlantılar tüm malzemeleri sürekli bir yol boyunca şekillendirmelidir.Bu bölüm bu sistemlerde yönetim yapan iki birincil mekanizmayı inceler: percolasyon ve kuantum tünelleme.
Percolation Threshold and Network Formation
Percolasyon eşi, bir elektrikten gelen materyal geçişlerinin bir iletkene dönüşmesinin kritik konsantrasyonudur.Bu noktada, iletkenlik yükselir ve çok fazla dirençlilik artarken, ek olarak, ek olarak eklenmeler daha paralel hale gelir.Inkoation eşi benzeri, tek bir kümeslenerek, bir iletken yol yaratır.
Karbon siyahı gibi küresel dolgular için, percolasyon eşi genellikle yüzde 5 ila 15 hacimde düşer, parçacık büyüklüğüne ve dağıtımına bağlı olarak. Yüksek riskli-ratio, nanotüpler veya grafikler gibi dolgunlar ve hızlar için kullanılabilir; nano dolumların üniformalarını önlemek için dikkatli bir şekilde işlem gerektirir; çünkü elongated şekilleri daha verimli bir şekilde bağlanır.
Kuantum Tüneli ve Direnişi
Vakumlu yüzeyler doğrudan fiziksel temasta değillerken, elektron dalga fonksiyonunun tıkanma engeli ile hareket etmesi mümkün değildir.Bir polimer karışımında, bu bariyer her bir dolgu parçacığının küçük olduğu polimer tabakasıdır; tünel akımı, birkaç nanometreden daha az ve aynı zamanda, elektron dalga fonksiyonunun dağılımında veya matris özelliklerinde büyük ölçüde etkilendirilmesi veya etkili bir şekilde etkileyebileceği anlamına gelir.
İletişim direnci de önemli bir rol oynar, özellikle de eksperlerin birbirleriyle dokunduğunuz karışımlarda, yüzeysel bir bağlantıdaki direnç, temasın alanına bağlıdır, dolgu malzemesinin yüzeysel iletkenliği ve herhangi bir yüzey kirletici veya polimer kalıntılarının arayüze kapandığının belirlenmesi.
Anahtar Elektrik Özellikleri ve Onların Ölçümü
Davranışlı polimer karışımlarını esnek elektronik için değerlendiren mühendisler, bir dizi elektrik parametresini karakterize etmelidirler. Aşağıdaki tablo en önemli özellikleri ve tipik ölçüm yöntemlerini özetler:
| Property | Definition | Typical Measurement | Units |
|---|---|---|---|
| Electrical Conductivity | Ability to conduct electric current | Four-point probe, van der Pauw | S/cm |
| Volume Resistivity | Opposition to current flow per unit volume | Two-point or four-point probe | Ω·cm |
| Dielectric Constant | Ability to store electrical energy | Impedance spectroscopy | Dimensionless |
| Dielectric Loss (tan δ) | Energy dissipation in alternating fields | Impedance spectroscopy | Dimensionless |
| Sheet Resistance | Resistance of a thin film per square area | Four-point probe | Ω/sq |
Doğrudan CurrentInivity
DC iletkenliği, metal izlerinin performansının en basit ölçüsüdür, ancak kuvvetlendirici bir şekilde değişebilir.Infeksik elektronik için, hedef iletkenliği uygulamanın yoğun olduğu yerde, DC iletkenliği için 1000 S/cm'in üzerindeki davranışların etkisini azaltmak için, basınç sensörlerinin doğru bir şekilde okumasını sağlamak için kullanılabilir.
Mevcut Özellikler
Birçok esnek elektronik cihaz yüksek frekanslarda çalışır, AC özellikleri önemli hale gelir. dielektrik sabit ve dielektrik kaybı, malzemenin kapasitörler, iletim hatları ve antenler üzerinde nasıl davrandığını belirtir. Yüksek frekanslı bir dielektrik sabiti, düşük bir dielektrik kaybı, yüksek frekanslı devrelerde sinyalin nasıl kesintiye uğramasını önlemek için gereklidir.
Elektrik Performansı Kontrol eden Faktörler
Esnek bir cihazın elektrik gereksinimleriyle karşılayan bir iletken polimer karışımını tasarlayın, birçok bağımlı değişkeni dengelemek gerekir. Bu bölüm, mühendislerin materyal geliştirme sırasında kontrol etmesi gereken en kritik faktörleri inceler.
Filler Tipi ve Morpholoji
Davranışsal dolgunluk geometrisi hem percolasyon eşi hem de son iletkenliği üzerinde derin bir etkiye sahiptir. Karbon siyahı gibi yüksek yüklemeler bir ağ oluşturmak için yüksek yüklemeler gerektirir, ancak karışımlar gibi çekici hale getirmek için idealdir ve kolay.
Metal nanoteller, özellikle gümüş nanoteller, ortak dolgular arasındaki en yüksek iletkenliklere sunar, genellikle yüksek çözünürlükte olan karbon nanotüpleri geliştirir ve daha pahalı ve zamanla nemlendirme ve bozulmaya eğilimli olabilirler. Hybrid Oil systems that together two or more import types can provide performance advantages. For example, mix black with karbontubes can improve distribution and create a more reliable a network, the sensitive of the mix's functionality to s the sensitive of the replica. Hybrid fill systems that together two or more material types can provide performance advantages.For example, mix black with karbon nanotubes can improve distribution and create a more heavy behaviorive network, the sensitive of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips of the lips.
Filler Yoğunlaşma ve Percolasyon Mühendisliği
Sağlam konsantrasyon, bir karışımın elektrik özelliklerini ayarlamak için en doğrudan yoldur. Sadece percolasyon eşinin üzerinde, malzemenin bozulması ve mekanik sular işlemesi son derece hassastır, bu hassaslık, yüksek direnç değişiklikleri ürettiğimiz gerilimler ile sömürülüyor.
İstatistiksel olarak, güç yasası denklemi vesigma gibi modeller; = σ0(TIS {{))) ve tökezleyici, temelsel iletkenlik, vesigma;0, {{, üç boyutlu bir geometrinin boyutu ile daha yüksek bir boyuta ihtiyacı vardır.[/FONT][/FONT][/FONT][/FONT=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=D=
Dispersion Quality and Processing Koşulları
Polimer matrix boyunca eklenebilir ve geri dönüşümlü elektrik özellikleri elde etmek için uygun miktarda dolgu parçacığın dağılımı önemlidir. Agglomerated Parçacıklar büyük, kötü bağlı alanları, yüksek ve düşük iletkenlik bölgeleri oluşturmak ve yerelleştirilmiş bölgeleri oluşturmak için gereklidir. Zavallı dağıtım, malzemenin iyi veya genişletildiği zaman cihaz başarısızlığına yol açar.
Melt Mix, çözüm harmanlanıyor ve situ polimerizasyon, iletken polimer karışımları oluşturmak için üç temel işlem yöntemidir. Melt Mix, ikiz-screwers veya iç karıştırıcıları kullanarak, en endüstriyel olarak alakalı tekniktir, çünkü şarj edilebilir ve mevcut üretim altyapısıyla uyumludur. İşleme sıcaklığı, shear oranı ve karıştırma süresi, polimer matriksatörü kullanarak veya dolgunları kendi partikülleri kırar.For nano dolumlar için, ultrasonik ve yüksek sesleniş karıştırmak için zaman optimize edilmelidir.
Polimer-Filler Interactions
Polimer matrisi ve iletken dolgu etkileri arasındaki kimyasal uyumluluk, zaman içinde iletken ağların stabilitesi ve daha stabil ağların stabilitesi. Polimer ve benzeri olmayan polimer vemdash ile etkileşime giren yüzey fonksiyonel gruplarla doldurulur; örneğin, karboxyla kaplı karbon nanotüpler poliurethane matrisi— daha kolay ve daha istikrarlı ağlar oluşturur.
Yüzey tedavileri ve compatibilizerler polimer filtrelerini geliştirebilirler. Doğrudan dolgu kullanarak yüzeysel olmayan fonksiyonel olmayan yüzeyler veya yüzeydeki adsorb'un yüzeydeki dağılımı değiştirmeksizin dengelemek için dağıtımları stabilize edebilir. Covalent Fonksiyonelizasyon, kistler kimyasal grupları doğrudan yüzeye koyar, yüzeysel bağlar sağlayabilir ve iletkenliği azaltmak için kullanılabilir.
Sıcaklık ve Çevre İstikrar
Esnek elektronikler genellikle sıcaklık, nem ve mekanik stres yaygın olarak değiştiği ortamlarda kullanılır. Davranışlı polimer karışımlarının elektrik özellikleri sıcaklık ile önemli ölçüde değişebilir.Pozisyon ısısı ile direnç artışı nedeniyle bazı sistemlerde meydana gelir, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte ısıtılır (TCR) ısı geçişi için temel düzeydedir.
Nem ve kimyasal maruz kalma da iletkenliği etkileyebilir. Su absorpsiyonu, betonu ve artan direnci değiştirmek için sıklıkla uygulanır. Metal dolumları içeren karışımlarda, nemsasyonu hızlandırabilir, zamanla dirençli bir artışa yol açabilir.Encapsulation katmanları ve bariyer kaplamaları genellikle çevresel bozulmadan korunmaya uygulanır, cihazı üretim sürecine karmaşıklaştırır.
Uygulama-Specific Elektrik Gereksinimleri
Farklı esnek elektronik uygulamalar, iletken polimer karışımlarının elektrik özellikleri üzerinde farklı talepler yer almaktadır. Bu bölüm, çeşitli anahtar uygulama alanları arasında malzeme gereksinimlerinin nasıl değiştiğini araştırıyor.
Esnek Interconnects ve Devreler
Pasif izleri ve esnek basılı devre tahtalarında bağlantı kurmak için birincil ihtiyaç düşük ve stabil DC dirençtir. 1 {{ /sq ve üzerindeki eylemler genellikle bakır nanoteller ile tekrarlanan bükme ve esnekleştirmeye dayanabilir.
değiştirilebilir ve giyilebilir Sensörler
Strain sensörleri, baskı sensörleri ve giyilebilir cihazlar için sıcaklık sensörleri, percolasyon eşinin üzerindeki elektrik direnci değişikliklerini tahmin edilebilir bir malzeme gerektirir.Depresyon sensörleri için, ölçüm faktörü ve cihazı; Bu yüksek hassasiyet, lineer olmayan basıncın maliyetine sahiptir; bu kritik bir parametredir.Influence eşiktörlü polimer karışımları, 100 veya daha fazla faktör gösterebilir.
Şekilleme veya yakınlık nedeniyle kapasitede değişiklikler ölçen Capacitive sensörler, yüksek çözünürlükte ve düşük dielektrik kaybıyla esnek baskı sensörleri tasarlayabilir.Bu sensörler elektronik cilt, yumuşak robotlar ve insan-makineler gibi kullanılır.
Elektromanyetik Interference Shielding
Esnek elektronik cihazlar genellikle elektromanyetik müdahale ile karşı karşıya olmalıdır (EMI) sinyal müdahalesini önlemek ve düzenleyici standartlara uymak için koruyucu gereksinimleri karşılamalıdır. EMI kalkaning etkinliği hem elektrik iletkenliği hem de malzemenin kalınlığına bağlı olarak. Verilen bir kalınlık için, yüksek iletkenlik ile bir malzeme daha iyi koruma sağlar. 10 ila 1000 S / cm aralığındaki iletken polimer karışımları, 20 ila 60 dB'nin etkinliğini koruma kapasitesine sahiptir.
Karbon nanotüp ve grafiklere dayalı karışımlar özellikle EMI kalkanı için caziptir, çünkü düşük yoğunluk ve esneklikle yüksek iletkenliği birleştirirler.Bu ekslerin yüksek yönü, elektromanyetik dalgalar yansıtan ve absorbe eden yoğun bir yol ağı oluşturur.
Enerji Depolama Cihazları
Esnek süper kapasitetörler ve piller, aktif karbon veya karbon aerogelleri gibi vücutları en yüksek elektrik iletkenliğine sahip olmalıdır. Mekanik esnekliği korumak için yüksek elektrik iletkenliği gerekir.En yüksek yüzey alanı şarj depolamak için.Etkin karbon veya karbon aerogelleri gibi göz ardı edilebilir polimer karışımları özel kapasiteye sahip olabilir.
Lityum-iyon akülerinde, karbon siyah veya karbon nanotüpleri gibi iletken katkılar, aktif elektrot materyali ve polimer binder ile elektronları ve mevcut koleksiyoncudan ve dağıtımını doğrudan etkileyen bir bileşik oluşturmak için kullanılmaktadır.
Elektrik Özellikleri için Karakterizasyon Teknikleri
Elektrik özelliklerinin doğru karakterizasyonu kaliteli kontrol, başarısızlık analizi ve yeni malzemelerin geliştirilmesi için önemlidir. Bu bölüm laboratuvar ve üretim ayarlarında kullanılan en yaygın ölçüm tekniklerini açıklar.
Four-Point Probe Direnity Ölçümü
Dört noktalı prob yöntemi, iki prob kullanarak bağlantı direncini ortadan kaldırır ve doğru sonuçları elde etmek için dikkatli bir şekilde hesaplanmalıdır.Bu teknik ince filmlerin ve kontraksiyonların dirençlerini ölçmek için yaygın olarak kullanılır.Protest spacing, örnekleme ve düzeltme faktörleri doğru sonuçlar elde etmek için dikkatli bir şekilde dikkate alınmalıdır.In anisotropic material or examples with non-uniform kalınlığı, van der Pauw ölçümler için daha genel bir yaklaşım sağlar.
Impedance Spectroskop
Elektrokimyasal spektroskopu (EIS), percolasyon ağlarında bir malzemenin karmaşık bir şekilde kullanılmasını ölçer, çünkü ortaya çıkan Nyquist ve Bode arsaları, iletkenlik, tahıl sınır direnci, elektrode kutupizasyon ve dielektrik santralleri ile ilgili bilgileri açığa çıkarır. EIS, çevresel stres altında çalışmaya yönelik olarak özellikle yararlıdır.
Transmission Line Method Method
Elektronlar veya interconnectler olarak kullanılan malzemeler için, iletim hattı yöntemi (TLM) her çift arasındaki bağlantı direncini ayırmak ve malzemenin eğiminden metal elektrotları eğime verirken, bu bilgiler, iletken polimer karışımları ve diğer cihazlar arasındaki arayüzleri optimize etmek için kritiktir.
Trendler ve Gelecek Yolları
Davranışlı polimer karışımları esnek elektronik için alan hızla gelişmeye devam ediyor. Araştırmacılar bu malzemelerin yeteneklerini genişletebilecek ve yeni uygulamaları mümkün kılabilecek birkaç umut verici yön keşfediyorlar.
Kendini Kendini Etkiliyor
Mekanik yorgunluk, çatlaklarla veya toparlamalar nedeniyle hasarları tamir edebilecek olan materyalleri, kalıcı esnek elektronikler için büyük ilgi duyuyor.Kendi kendini tanımlayan karışımlar dinamik kimyasal bağlar veya hasar sonrası iyileştirme ajanları içeriyor. Örneğin, yumuşak robotik ve implantatif tıbbi elektronikler gibi zorlu uygulamalarla birleştirir.
Bas ve Katkı İmalatı
Aerosol jet baskı, ekran baskı ve doğrudan ink yazma, yüksek çözünürlük ve kontrollü kalınlık ile depolanabilir polimer karışımları için uyarılır.Saçlama özelliği doğrudan esnek substratlar üzerinde baskı kalitesi ve elektrik özellikleri için gerekli olan birçok işlem işlemine olanak sağlar.Sessiz veya salak veya salak ve pemserlik için özel esnek devreler üretmek için mümkün kılar; hear inceleme davranışı ve kurutma özellikleri ve kurutma özellikleri ve temizleme yeteneği.
Bio uyumlu ve Sürdürülebilir Malzemeler
Esnek elektronik biyomedikal ve çevresel izleme uygulamaları içine taşınırken, biyolojik maruz kalma için toksik olmayan ve güvenli olmayan yüzeyler için biyodegradatif polimerler kullanılarak, polilactic asit (PLA) veya policaprolactone (PCL) gibi karışımlar geliştiriyorlar, özellikle de yenilenebilir biyo-yüzeyler için uygulanan malzemeler için daha fazla bilgi için ekleniyorlar.
Malzeme Seçmenleri için Pratik Kılavuz
Belirli bir uygulama için bir iletken polimer karışımı seçmek için mühendisler, dengelerin performans, maliyet ve manufacturability ile ilgili yapısal bir yaklaşım takip etmelidir. Aşağıdaki kurallar seçim sürecini kolaylaştırabilir:
- [FONT:0)Elektrik gereksinimlerini ilk olarak ilan edin.[DÜT:1] Hedef iletkenliği, çarşaf direncini, dielektrik sabiti ve frekans aralığını belirtin. kabul edilebilir toleransı ve beklenen işletim sıcaklık aralığı ekleyin.
- [FONT:0) Mekanik ve çevresel taleplere dayanan polimer matrisini desteklemektedir.[[DÜT:1] Esneklik, kırılma, termal istikrar, kimyasal direnç ve substrata karşı taksiyon.
- [FONT:0) İnkoksiyon eşi, iletkenlik ve maliyete dayanan davranışsal dolgu türü seçin.[FONTT:0) Yüksek riskli-ratio dolguları daha düşük eşler sunar, ancak dağıtım için daha zor olabilir. Hybrid Oils bir mülk dengesi sağlayabilir.
- [FONT:0) Seçilmiş malzemeler için işleme yöntemini optimize edin. Pilot ölçekli denemeler, her bir bölmedeki elektrik özelliklerini tek başına tek başına doğrulayabilmeli.
- [FONT:0) Malzemeyi simdi kullanım koşulları altında test edin.[DÜT:1] Daha önce ve bükmeden sonra elektrik özelliklerini ölçme, nem ve sıcaklık döngülerine maruz bırakma ve gerçekçi koşullar altında başarısız olma, gelişimde erken ele alınması gereken ortak bir tuzaktır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Davranışlı polimer karışımlarının elektrik özellikleri, esnek elektronik cihazın amaçlanan ömrü boyunca güvenilir bir şekilde işlev göstereceğini belirler.Inkoation network through careful Selection of fill type, konsantrasyon, dağıtım ve polimer matrisi, esnek elektronik bağlantıların talep ettiği gereksinimleri karşılamak için bu malzemeleri tertemiz, sensörler, EMI kalkanları ve enerji depolama cihazları ile ilerlemeye devam eder. Alan, yeni kendini teşvik eden kimyagerler, baskıcı formülasyonlar ve esnek elektronikler ile daha dayanıklı, erişilebilir ve çevresel sorumlu tutma yeteneğine sahip olarak konumlandırır.
Belirli formülasyonları ve karakterizasyon verilerini araştırmakla ilgilenen okuyucular için, Journal of Materials Chemistry C) tarafından yayınlanan polimer karışımları için son gelişmelerden bahsedilir.