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四川大学张新星研究员《Mater. Horiz.》:导电网络力场演变的可视化仿真及传感材料结构设计
2019-07-03  来源:大发排列3网

  填料导电网络在外界刺激力场作用下的形态结构变化,为高性能力敏传感材料的设计与制备提供重要途径。但现有工作主要针对不同微纳结构设计对材料电阻响应行为影响规律的实验评价,对力场作用下材料微观结构的演变机制及结构-性能构效关系尚不清楚,导致现有柔性传感材料的设计与制备缺乏有效理论指导。

  仿真模拟结合实验验证是研究材料形态结构力场演变与构效关系的重要方法,但现有仿真体系失真、低效、复杂结构模拟困难,无法高效完整地统计并呈现导电网络隧道节点分布。

  针对这一问题,四川大学高分子研究所张新星研究员团队通过设定限定条件的迭代优化策略创建填料导电网络仿真模型,实现对复杂微纳结构的准确模拟,采用坐标变换与插值近似方法将模拟体系中的隧道节点分布可视化呈现,首次实现了填料导电网络力场演变行为的直观可视化呈现,为高性能柔性传感材料的设计与制备提供理论指导。

图一、三种典型微纳结构力场演变行为的可视化仿真分析

图2、不同微纳结构力场演变的动态仿真演示

  该仿真模型可直观反映外界刺激力场作用下不同微纳结构的隧道节点分布演变。相比于现有基于实验评价指导结构设计方法,该模型极大提高了微纳结构设计的评估效率,可准确指导面向不同场景的柔性传感材料微纳结构设计。

  近年来,张新星研究员团队基于材料形态结构力场响应与功能构筑这一学术思想,在柔性传感材料的微纳结构设计及其定构加工方面取得系列成果。设计并制备了乳液组装隔离结构导电网络(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 8795; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1706658; ACS Appl. Mater. Interfaces, DOI:10.1021/acsami.9b06208; J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 578; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 2139; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 10730; etc.)、多孔结构导电网络(Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 6246; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, 9, 13657; etc.)、螺旋线结构导电网络(Chem. Eng. J., 2019, 375, 730; Adv. Mater. Technol., 2019, 4, 1800424; etc.)等多种高性能微纳结构柔性力敏传感材料。

  该工作近期在线发表在材料领域重要期刊《Mater. Horiz.》上,四川大学高分子研究所,高分子材料工程国家重点实验室张新星研究员为论文的通讯作者,四川大学高分子研究所硕士生刘纪泽为第一作者,四川大学电子信息学院陶青川副教授余艳梅副教授参与了仿真模型的建立工作。本研究工作得到国家自然科学基金(51673121, 51873123)的资助。

  论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/mh/c9mh00389d#!divAbstract

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