橡胶/复合碳材料柔性应变传感材料的制备及性能研究

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柔性应变传感器在人工智能、医疗设备、健康监测等领域具有广阔的应用前景,因此柔性应变传感材料的研究和应用已经成为材料领域的热点。为制备兼具高灵敏度、宽应变范围的柔性应变传感材料,本文从材料的选择、导电网络结构设计入手,设计并制备了性能优越的新型柔性应变传感材料。以棉绷带为模板,通过吸附不同浓度的氧化石墨烯(GO)/酸化多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)悬浮液,利用乙醇内焰处理法制得了RGO/MWCNT/碳化棉绷带(GMWF),通过与胶乳复合,制备了天然橡胶(NR)/GMWF柔性应变传感器。研究了GO/MWCNT-COOH悬浮液的配比对NR/GMWF柔性应变传感材料及器件性能的影响。结果表明:随着GO/MWCNT-COOH中MWCNT-COOH比例的增大,NR/GMWF的拉伸强度和导电性能增加,当GO/MWCNT-COOH的比例为1:2时,所得传感器的灵敏度最高,GF(灵敏度系数)在49~67%的应变区间内高达8225,可测试机械振动、人体大小关节的弯曲,进行表情以及语音识别等。以两种不同孔径的棉纱为模板,制备了两种NR/GMWF柔性应变传感器。研究了棉纱模板孔径对传感材料及器件性能的影响。结果表明:随着棉纱孔径的减小,NR/GMWF复合材料的拉伸强度及导电性能而增加,但是传感灵敏度度下降。NR/GMWF1-2S传感器在40~55%的范围内灵敏度系数GF可达741.6。能监测人体四肢运动、呼吸运动、进行书写识别等。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基体,棉绷带为模板,制备了PDMS/GMWF1-2柔性传感器。结果表明:PDMS/GMWF1-2传感器的GF在0~17%、17~30%、30~50%的应变范围内分别达到75.80、314.1和502.9,可测试人体头部运动、复杂的进食运动、语音识别等。
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学位
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