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隨著柔性電子器件日益快速的發(fā)展，紙基電子器件隨之得到外界廣泛關(guān)注,。近年來,，關(guān)于CNFs透明紙在電子器件制備中應(yīng)用的相關(guān)報道在逐漸增加,，大多數(shù)的研究主要集中在透明柔性電子器件，使其大量用于構(gòu)建有機場發(fā)射晶體管,，有機發(fā)光二極管,，導(dǎo)電紙，磁性納米紙和鋰電池的電極材料等,。但是普通紙張由于表面粗糙度大,，使用前需進一步對其表面進行處理，使得制備過程過于繁瑣,，且不具備透明的特性,。所以，我們改進工藝,，使用TRILOS超高壓納米均質(zhì)機來制備納米纖維素,，然后由其制備出納米透明紙，印刷出氣敏傳感器,。

1.         TRILOS超高壓納米均質(zhì)機介紹：

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機采用高壓噴射原理,，能夠在短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大的剪切力，碰撞力,，氣穴力,，從而將大量能量集中作用于物料，使物料的成分以完全的均質(zhì)的狀態(tài)存在,，能夠大幅提升效率,。通過調(diào)控均質(zhì)機來達到理想的粒徑分布效果，且不會產(chǎn)生金屬材料污染,，可實現(xiàn)實驗研發(fā)到大生產(chǎn)的線形放大,，為高價值材料提供可靠的技術(shù)方案。

TRILOS超高壓納米均質(zhì)機不堵不漏,，采用10寸工業(yè)觸控屏,，可實時監(jiān)控壓力曲線圖，最高壓力可達4000bar,。

圖1 均質(zhì)機原理圖

圖2 各型號的TRILOS超高壓納米均質(zhì)機

2.         實驗過程

CNFs制備主要通過兩步完成,，第一步TEMPO氧化處理，第二步高壓均質(zhì)納米化。

1）  漿板浸泡打漿疏解,，添加一定量的水,，調(diào)節(jié)漿料濃度至1wt%，高速磁力攪拌30min,，使植物纖維完全分散,。

2）  將配好的催化劑倒入已攪拌分散的濃漿中，并持續(xù)高速攪拌10min,，使其充分混合均勻,。

3）  用膠頭滴管逐滴滴加預(yù)先配好的次氯酸鈉溶液。用0.1M氫氧化鈉溶液將pH值調(diào)節(jié)在10左右,，然后加入50ml的無水乙醇,。

4）  將所得的氧化纖維素使用蒸餾水多次洗滌，將濃度調(diào)整至0.05wt%備用,。

5）  0.05wt%的氧化纖維素漿經(jīng)過TRILOS超高壓納米均質(zhì)機以2000bar的壓力進行均質(zhì)處理,，將CNFs從木材纖維細胞壁中分離出來。

6）  由CNFs漿制備出納米透明紙,，以納米透明紙為基底絲網(wǎng)印刷出紙基氣敏傳感器,。

圖3 透明紙單個電極實物圖

3.         結(jié)果分析

圖4分別為氧化度4和8，均質(zhì)次數(shù)為4,、8和12次,，對應(yīng)標記為CNFs-4-4，CNFs-4-8,，CNFs-4-12,，CNFs-8-4，CNFs-8-8和CNFs-8-12的納米纖維素的AFM圖像結(jié)果,。如圖所示,，不論氧化度和均質(zhì)次數(shù)，植物纖維均被納米化得到纖維素納米纖絲,。當氧化度為4時,，隨著均質(zhì)次數(shù)增加，制備所得納米纖維素更易分散,，且尺寸隨之減?。划斞趸仍龃笾?時,，由于結(jié)合健減弱,，分散性均良好,，高均質(zhì)次數(shù)則得到更細更短的納米纖維素,。除了CNFs-8-12，其他所有樣品的寬度大約為4nm,，長度均達到微米級,。

圖4 氧化度4和8,，均質(zhì)次數(shù)為4、8和12次納米纖維素的AFM圖像分析結(jié)果

將植物纖維進行高壓均質(zhì),，烘干成膜后,，形成了厚度約為10um左右的透明膜，根據(jù)表1的力學(xué)性能測試結(jié)果,，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加,，納米纖維素的尺寸降低，導(dǎo)致抗張強度和彈性模量先增加后降低,。

表1 A4紙,、硫酸紙和CNFs透明紙力學(xué)性能測試

將樣品做可見光透射率測試，結(jié)果如圖5所示,。由圖可知,，A4紙不具備光透過性，光透射率不到1%,；對植物纖維特殊處理成硫酸紙后,，相對光透射率對比A4紙有所增加，但仍然不到10%,；均質(zhì)次數(shù)都為8制備得納米纖維素并制成的透明紙均具有高透光性,。納米纖維素制備紙張具備高透明度，其高光透射率的特性,，拓展了其在電子器件領(lǐng)域中的應(yīng)用,。

圖5 A4紙、硫酸紙和CNFs透明紙光透射率測試結(jié)果

AFM測量了A4紙,，硫酸紙和CNFs-4-8透明紙的表面粗糙度,，如圖6所示。A4紙和硫酸紙的表面粗糙度較大,，透明紙的表面粗糙度為納米級,，證明了用TRILOS超高壓納米均質(zhì)機，將植物纖維納米化后,，制備的薄膜不僅具有透明的特性,，還可以有效的降低表面粗糙度，這非常有利于其在印刷柔性電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用,。

圖6 A4紙,、硫酸紙和CNFs透明紙平滑度測試結(jié)果

為研究不同基底所制備器件對氣敏性能的影響，設(shè)計實驗,，分別以A4紙,，硫酸紙,，平板陶瓷基底和透明紙為基底，ZnO量子點/rGO為氣敏材料,，調(diào)制漿料,，通過印刷的方式將同濃度復(fù)合材料涂布于不同基底電極表面，制備出4種氣敏傳感器,，并對氣敏性能進行分析測試,，結(jié)果如圖7所示?？梢钥闯?，透明紙基氣敏器件在所有丙酮氣體濃度下均得到較好的氣敏響應(yīng)結(jié)果，且具備良好的線性關(guān)系,；而用其他材質(zhì)制備的器件,，信號不穩(wěn)定且較弱。證明了用TRILOS超高壓納米均質(zhì)機制得的透明紙非常適用為柔性氣敏傳感器基底,。

圖7 采用不同基底的ZnO量子點/rGO復(fù)合材料氣敏傳感器的氣敏性能測試結(jié)果對比

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