基于磁场驱动离子液体图案化与原位聚合构筑可延展柔性电子器件的研究

This research is based on the principle that the magnetic field could be tuned and the magnetic substance could be driven into pattern in the tuned magnetic field. In this project, magnetic ion liquid would be patterned in the tuned magnetic field. This ion liquid pattern would be fixed by polymerizaion in situ. Through this process, a ductile electronic device with ductile conductor and substrate and low lagging response is constructed. The magnetic ion liquid acts as conductor and magnetic driven source, which avoids the process that pre-constructs the channel for the conductro on the substrate. This research concerns the design and synthesis of magetic ion liquid, the machnism of the patterning of magnetic ion liquid in the magnetic field, modulation and experimental Verification, selection, design, synthesis and characterization of monomer and resin, preparation of ductile electronic device, and characterization and application of the device. This research is multidisciplinary, involving organic chemistry, micro-electron, polymer chemistry and kinds characterizaiton.

磁性物质在调制磁场驱动下可以被图案化，本研究首先将磁性离子液体在调制磁场中图案化，随后利用光聚合或热聚合机理原位聚合柔性树脂，以此固定并封装离子液体，从而构建从导体材料到承载材料皆为柔性的、具有低滞后响应的柔性可拉伸电子器件。此研究将磁性离子液体既作为导电体又作为构建图案的驱动材料，避免在柔性基材上先构建图案通道再注入离子液体和封装的过程。研究内容包括磁性离子液体的设计合成，磁性离子液体图案化机理、模拟计算及实验验证，聚合单体和树脂的选择、设计、合成与性能表征，离子液体与树脂之间的界面作用力研究，离子液体柔性可拉伸电子器件集成及其实现方法，以及多场耦合性能表征方法的研究及器件的应用研究。该研究涉及有机化学、微电子材料、高分子化学、各种现代表征技术，是一项多学科交叉的应用基础研究。

近年来，随着电子技术的发展及人类物质生活水平的提高，可延展柔性化电子器件得到了广泛研究，并且成为微电子器件的革命性发展方向。不仅在工业领域有广泛的应用需求，还不断渗透入人们的日常生活中，如在人体运动检测、人体健康监测、假肢、智能衣服、柔软机器人等诸多领域具有很大的发展潜力和广阔的应用前景；在未来，与生物集成必将成为重要的研究、发展和应用领域。.柔性-可拉伸电子器件作为一种可用于模拟人体皮肤的功能性器件，通常情况下，由柔性基底材料及导电敏感材料组成，二者缺一不可。其中，柔性基底材料赋予所制备的器件基础力学-机械性能，起到支撑、保护整个器件的作用；而导电敏感材料赋予所制备的器件导电性能，起到传输信号的作用。.相较于其他类型的柔性电子器件，液态导体基柔性电子器件具有一定的优势，如：液态导体在本质上具有无限的瞬时变形能力，赋予最终器件更好的性能；柔性基底材料及导电材料的可选择范围更广，且能充分发挥各自最大作用；同时，不会有由导电材料直接接触皮肤带来的安全性问题等。但是，目前关于液态导体基柔性电子器件的报道及制备方法较少，且制备过程复杂，因此，开发新的、快速高效、绿色环保的液态导体基柔性电子器件的制备技术是必要的。.本研究就是将磁场图案化技术作为液态导体的成型技术，来制备柔性-可拉伸电子器件。研究内容主要有：（1）将离子液体基磁流体作为导电敏感材料、液态光敏树脂作为封装材料，制备了高灵敏度（100%应变下，GF = 11.7）、低滞后性能的柔性-可拉伸多功能器件；（2）将磁性液态金属作为高导电材料，制备了高导电、灵敏度超低的柔性-可拉伸导体材料。这一方法为液态导体基柔性电子器件的制备提供了更简便、高效的方法，且该技术可以拓展至更多磁性材料，用于微图案材料的制备。此外，我们发现了磁性阳离子单体基凝胶材料在高柔性、高透明电磁波吸收材料领域的可行性，也是对该领域的拓展。