弹性导电复合材料,是一种能够在各种机械变形下依然保持优异电子性能的复合材料。近年来,随着世界信息化的加速和物联网的发展,对高性能且易加工的弹性导电复合材料的需求在逐渐增加。聚(3,4-乙撑二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS),作为一种典型的聚合物导体,因其独特的高分子结构和可调性备受关注,常被用于高性能弹性导电复合材料的电子填料。本课题基于PEDOT:PSS提出了一种简单,高效的方法来制备弹性导电复合材料,研究揭示了掺杂对弹性导电复合材料电性能和机械性能的作用机理,以及探讨了它在拉伸互联、可穿戴应力传感器和丝网印刷图案化的应用。具体研究内容和成果如下:(1)将极性溶剂乙二醇(EG)作为“二次掺杂剂”,聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)作为“三次掺杂剂”,分别对PEDOT:PSS进行掺杂改性并实现与聚二甲基硅氧烷(PDMS)的复合。研究发现引入Triton X-100可以有效缓解两相之间的界面张力,且固化后薄膜表面无明显颗粒沉积;微观分析表明,两种掺杂剂均可以促进复合物中PEDOT链段从苯型到醌型结构的构象转变,从而进一步提高载流子的有序度;通过机械性能表征,Triton X-100在降低复合材料拉伸模量上起主要作用,这表现为更容易拉伸和断裂伸长率的增加,最大有效应变可达到约95%;结合电性能分析,经过7 wt%的EG和10 wt%的Triton X-100的掺杂,复合材料可获得20Ω/sq的方阻和82%的拉伸应变。(2)基于对PEDOT:PSS的最佳二次掺杂和三次掺杂比例,提高PEDOT:PSS的浓度能够显著改善薄膜的电性能,但也会降低薄膜的机械拉伸性和透明度。经过XRD、SEM和物理性能测试表明,含有20wt%的PEDOT:PSS的薄膜不仅显示出良好的导电性,可恢复性和压阻效应,还具有优异的拉伸性,透明度和压阻稳定性。薄膜的GF值可从40%应变时的3.25增加到120%应变时的12.5,最大应变下可达到17.1。(3)将论文获得的PEDOT:PSS/PDMS弹性导电复合薄膜与LED的串联,经过I-V测试表明,LED均在额定电压点亮,具有稳定的电流增长斜率,在不同外力作用下LED灯无明显亮度变化;作为可穿戴应力传感器,它可以有效实时监测人体多种关节运动;应用于丝网印刷工艺进行复合材料的图案化,表现出令人满意的丝网印刷适性,印刷效果没有明显的细节缺失和性能失效。