聚电解质刷型驻极体的储电性质及应用研究

Electrets are dielectric materials that can store electrostatic charge over a long time scale. Although benefitting from the charge storage, such materials are widely used in electronics, machinery and biological systems. , challenges remain in principles explanation, facial processing and applications. The polyelectrolyte brush, which anchoring to a substrate with one end of the polymer chain and maintaining lots of fixed ions and counter ions on the surface, will bring a further scope on the charge storage mechanism of polymer electrets. Of note, the polyelectrolyte brushes exhibit excellent environment robustness and well-organized chain conformation. Those properties endow superior control over surface structures and functionalities such as film morphology, grafting density, chemical composition, and many other surface properties, which will provide a feasible means to complicated structure fabrication and flexible sensor architecture.

驻极体是一类能够在较长的时间尺度内保持电荷的电介质材料。其储存静电荷的能力，使得该材料在电子，机械，生物系统等领域得到了广泛的应用与发展。然而该领域仍有许多悬而未决的问题，特别是对于聚合物驻极体材料的储电机理，可控加工制备和应用等领域的研究仍然存在着很多不足。将聚电解质刷这种链底端锚定在基底上，表面具有固定离子和配离子的特殊物理和化学结构的聚合物作为研究对象，有望对深入研究聚合物驻极体储电机制，实现材料可控制备，以及扩展应用范围提供理论可能与思路拓展。本项目将致力于研究这种新型聚电解质刷驻极体材料，利用其特殊物理结构带来的高机械稳定性，以及特殊化学性质带来的储存更多电荷的特点，结合聚合物刷可以在多种表面可控制备的性质，对聚电解质刷驻极体的储电机理进行初步探讨，进行聚电解质刷驻极体的可控制备，有望实现基于聚电解质刷驻极体的多种构筑基元在多种形态的基底上的自组装。

聚合物刷是具有聚合物链一端固定在基底的特殊结构的聚合物状态，结合表面引发原子自由基聚合的制备方式，具有机械强度高、图案化简便、厚度灵活可控等优点。该项目从聚合物刷的优异特征着手，开展了聚电解质刷驻极体的储电机理的研究和基于聚合物刷的微电极阵列的制备等工作。除此之外，我们还对简单快捷的制备功能性二维纳米层状材料进行了研究。主要内容包括： 1）在同一基底上成功制备了正负电间隔的聚电解质刷图案，从而形成了依靠材料差异而非电荷选择性注入导致的正负电图案。在此基础上对储存电荷的稳定性等储电机理进行了进一步研究，并诱导金纳米颗粒在电荷图案表面进行选择性自组装，有望应用在在诱导极性组装体抑或生物体系的自组装模拟。2）结合聚合物笔印刷术，发展了一种方便、灵活制备微电极阵列的方法。该方法采用直接书写微电极阵列的方式，摆脱了以往方法对模板的依赖，制得的微电极阵列在过氧化氢检测上表现出较高的灵敏度和较低的检出限。3）我们还开发了一种不需另外添加试剂，只需将TaS2-xSex单晶进行超声处理，制备出TaS2-xSex二维纳米薄层材料的方法。这是一系列新型二维层状材料。制得的二维纳米薄层超导材料可随着S和Se比例的变化可调的显示半导体或导体特性。该方法不引入其他杂质且成本低，能够批量生产。