泡沫
分类
骨架
传统CPF中的导电成份往往附着在聚合物泡沫骨架上(形成导电骨架),由于相对较薄的附着层和大的泡沫孔隙,大多数CPF在变形过程中导电骨架相互搭接形成的导电路径有限,因此电阻响应能力不足。
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(a)AMLM-PM泡沫的SEM图像和EDS元素分布图谱;
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其中,来自三聚氰胺泡沫的碳(C)和氮(N)元素信号与来自液态金属的镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)元素信号在空间位置上存在差异,这一观察结果有力地证实了AMLM液滴并非附着于泡沫的骨架上,而是更倾向于附着在PMA膜的表面。
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图1d的SEM图像展示了AMLM液滴主要附着在PMA膜上,而三聚氰胺泡沫的骨架部分则裸露在外,未见AMLM液滴的附着。
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图2b的SEM图像展示了AMLM-M泡沫的结构特征:通过将细小的AMLM液滴附着于三聚氰胺泡沫的骨架上,从而形成具有典型的导电骨架结构。
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泡沫在压缩过程中的变化可分为三个阶段:首先是开始的线性阶段,此时泡沫骨架经历弹性形变;
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通过将海藻酸盐修饰的磁性液态金属负载于泡沫骨架之间悬挂的聚甲基丙烯酸酯薄膜上,构建了独特的骨架间导电薄膜(记为AMLM-PM泡沫)。
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颗粒良好的变形能力可以释放局部过大的应力,有利于保持泡沫骨架的完整性。
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电阻
(e)MLM/AMLM液滴在PMA膜上的接触角和粘附功;
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(g)7AMLM-M和AMLM-90PM泡沫的电阻随压缩应变的变化;
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图3g显示了AMLM-90PM泡沫的电阻在压缩过程中急剧下降,而7AMLM-M泡沫的电阻变化较小。
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并且AMLM颗粒的变形进一步增加了其接触面积,导致泡沫的电阻随应变有明显变化。
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这一设计将传统泡沫压缩过程中导电骨架之间的点接触升级为导电薄膜之间的面接触,从而使AMLM-PM泡沫的电阻变化幅度在压缩过程中达到了四个数量级。
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这一改进使得泡沫的电阻变化范围达到四个数量级,远优于传统设计。
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随着压力的增加,泡沫的ΔI/I₀值单调增加,表明泡沫的电阻随压力变化显著。
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在压缩过程中
(f)AMLM-90PM泡沫在压缩过程中的LED灯泡亮度变化;
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IIAMLM-PM泡沫的力学性能和电学性能图3a展示了MA泡沫和AMLM-yPM(y=60,75,85,90)泡沫在压缩过程中的应力-应变曲线。
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图3a展示了MA泡沫和AMLM-yPM(y=60,75,85,90)泡沫在压缩过程中的应力-应变曲线。
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图5a的示意图揭示了AMLM-PM泡沫在压缩过程中的EMI屏蔽增强机制。
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这是因为AMLM-85/90PM泡沫在压缩过程中电导率增大,导致泡沫表面的阻抗不匹配现象加剧,进而增强了泡沫表面对电磁波的反射。
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和AMLM-PM泡沫
(b-d)三聚氰胺泡沫、PM泡沫和AMLM-PM泡沫的SEM图像;
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图2c展示了AMLM液滴、PM泡沫和AMLM-PM泡沫的FT-IR光谱,并特别放大了波数范围在1050至1250cm⁻¹内的光谱细节。
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图2d展示了PM泡沫和AMLM-PM泡沫的O1s高分辨率XPS光谱。
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制备
SEM图像
效果
在压缩过程中,泡沫厚度的减小导致孔径减小,这通常会减弱内部多重反射,从而降低屏蔽性能。
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传统CPF中的导电成份往往附着在聚合物泡沫骨架上(形成导电骨架),由于相对较薄的附着层和大的泡沫孔隙,大多数CPF在变形过程中导电骨架相互搭接形成的导电路径有限,因此电阻响应能力不足。
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尤其在电磁干扰(EMI)屏蔽领域,CPF在压缩过程中电导率的提升有限,无法抵消泡沫厚度减小带来的负面影响,导致屏蔽性能随着压缩应变的增加而下降,从而增加了材料在变形过程中电磁防护失效的风险。
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随着AMLM导电膜含量的增加,AMLM-yPM泡沫的压缩应力也随之增加。
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随着压力的增加,泡沫的ΔI/I₀值单调增加,表明泡沫的电阻随压力变化显著。
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首次将导电组分(液态金属液滴)附着到聚合物泡沫中预先搭建的骨架间薄膜上,大大增加了导电组分在压缩下的接触面积和概率。
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VAMLM-PM泡沫的压力调节焦耳加热性能如图7a所示,在5V加载电压下,AMLM-90PM泡沫的压缩(40%应变)导致其表面温度开始升高,最终在102s内稳定在42.5℃。
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如图7a所示,在5V加载电压下,AMLM-90PM泡沫的压缩(40%应变)导致其表面温度开始升高,最终在102s内稳定在42.5℃。
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影响
其中,来自三聚氰胺泡沫的碳(C)和氮(N)元素信号与来自液态金属的镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)元素信号在空间位置上存在差异,这一观察结果有力地证实了AMLM液滴并非附着于泡沫的骨架上,而是更倾向于附着在PMA膜的表面。
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图3g显示了AMLM-90PM泡沫的电阻在压缩过程中急剧下降,而7AMLM-M泡沫的电阻变化较小。
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图4c揭示了AMLM-yPM泡沫的EMI屏蔽机理,这一机制涵盖了电磁波在泡沫表层发生的直接反射作用,以及电磁波在泡沫内部通过电导损耗和磁损耗途径被有效吸收的过程。
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应变响应型导电泡沫因其在变形过程中能够通过调节电阻而在智能电子设备的发展中发挥了重要作用。
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研究背景应变响应型导电泡沫因其在变形过程中能够通过调节电阻而在智能电子设备的发展中发挥了重要作用。
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(a)AMLM-PM泡沫的SEM图像和EDS元素分布图谱;
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