【摘 要】
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传感器在生产和生活中具有重要作用。全息传感器是一种新颖的传感器,近年来备受人们关注。全息传感器基于衍射峰值波长移动的原理,通过记录于光致聚合物内的全息光栅的峰值波长传感外界环境的变化,具有动态范围大、衍射光谱窄、成本低廉、传感策略灵活等优点,鲜明的色彩指示还具有可视性。丙烯酰胺光致聚合物制备工艺简单、组分灵活、衍射效率高,是一种非常理想的全息传感材料。弯曲变形作为一种广泛存在的运动形式,对其进行表
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传感器在生产和生活中具有重要作用。全息传感器是一种新颖的传感器,近年来备受人们关注。全息传感器基于衍射峰值波长移动的原理,通过记录于光致聚合物内的全息光栅的峰值波长传感外界环境的变化,具有动态范围大、衍射光谱窄、成本低廉、传感策略灵活等优点,鲜明的色彩指示还具有可视性。丙烯酰胺光致聚合物制备工艺简单、组分灵活、衍射效率高,是一种非常理想的全息传感材料。弯曲变形作为一种广泛存在的运动形式,对其进行表征具有重要的意义。然而丙烯酰胺光致聚合物薄膜的弯曲变形表征量化数据较为欠缺,限制了全息传感器的实际应用。本文研究了一种基于丙烯酰胺-赤藓红光致聚合物的全息传感器,用于实时、高精度、定性和定量地表征薄膜的弯曲变形。首先用溶液共混法和滴注法在柔性衬底上制备了性能优越的丙烯酰胺-赤藓红光致聚合物,然后用可见光区532 nm的激光在聚合物内记录了透射式全息光栅。用超连续谱光源读取衍射光谱,实施了动态弯曲即单侧弯曲,和静态弯曲即双侧弯曲和弯曲记录的双侧矫直,明显的峰值波长移动(可达200 nm)为传感材料的弯曲变形提供了依据。单侧弯曲时,衍射峰值波长与角位移呈线性关系,最大可测弯曲角约为22deg,角度分辨率约为0.05 deg/0.5 nm。双侧弯曲时的扫描峰值波长灵敏度和可扫描范围与曲率半径也呈线性关系,可传感的曲率半径为44~69 mm。在对弯曲光栅进行双侧矫直时,彩虹光谱的波包宽度与曲率半径呈线性关系,彩虹的空间宽度与曲率半径也有明确的负相关关系,将可传感的曲率半径范围继续扩展到20~69 mm。通过肉眼观察彩虹的颜色和宽度特征,还可以定性地分析弯曲变形。三种弯曲类型可以覆盖大多数的场景,聚合物薄膜的弯曲传感量化数据为表征聚合物弯曲运动提供了一种有效的方法,弯曲变形的光学测量进一步验证了全息传感器的实用性。通过喷涂、粘贴等方式将光致聚合物薄膜附着在待测物体上,可以用衍射光谱传感物体的弯曲变形,所得结果可以用于软机器人、智能健康设备、基础设施的运动监测和力学分析等领域。
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