【摘 要】
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可穿戴电子设备在人体健康实时监测领域发挥着巨大的作用,目前的传感材料均具有较为完整的微观导电网络结构,导致柔性应力传感器在检测微小应力时普遍灵敏度较低。为了解决上述问题,本研究提出碳质球复合金纳米结构的制备思路,通过传感材料微结构的调控提高传感材料受应力后的微位移变形,实现柔性应力传感器的高灵敏检测,并采用有限元分析,验证传感材料微结构与变形量之间的关系,具体开展以下研究工作:本文拟使用碳质球充当
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可穿戴电子设备在人体健康实时监测领域发挥着巨大的作用,目前的传感材料均具有较为完整的微观导电网络结构,导致柔性应力传感器在检测微小应力时普遍灵敏度较低。为了解决上述问题,本研究提出碳质球复合金纳米结构的制备思路,通过传感材料微结构的调控提高传感材料受应力后的微位移变形,实现柔性应力传感器的高灵敏检测,并采用有限元分析,验证传感材料微结构与变形量之间的关系,具体开展以下研究工作:本文拟使用碳质球充当骨架辅助纳米金在空间中生长,制备一种具有三维复合结构的碳质球@纳米金复合材料,然后利用场发射电子扫描显微电镜、X射线能量谱图、紫外光谱图以及X射线图谱对碳质球@纳米金复合材料的三维复合结构进行表征测试。用滤纸承载碳质球@纳米金复合材料作为传感材料,制备一种类三明治结构的碳质球@纳米金@滤纸基柔性应力传感器。基于碳质球@纳米金复合材料的三维复合结构,实现碳质球@纳米金@滤纸基柔性应力传感器的高灵敏性。碳质球@纳米金@滤纸基柔性应力传感器具有较高的灵敏度(S=0.12 KPa-1,0.1～10 KPa,S=0.085 KPa-1,10～100KPa)、较高的稳定性（>5000加载/卸载循环）以及快速响应（响应时间50 ms和恢复时间210 ms）。采用掩膜沉积碳质球@纳米金复合材料的办法,制备碳质球@纳米金薄膜应力传感器。利用相同的测试平台和测试范围测试该传感器的传感性能,测得传感器的灵敏度(S=0.07 KPa-1,0.1～10 KPa;S=0.016 KPa-1,10～100 KPa)、快速响应性（响应时间为40 ms和恢复时间为110 ms）,并且该传感器在经过加载/卸载5000次后仍能保持优异的传感性能。采用碳质球@纳米金@滤纸基柔性应力传感器作为可穿戴电子设备的核心部件,测试按压、弯曲以及扭转三种机械力的响应,对人体腕部脉搏、手指关节运动以及关节弯曲角度进行实时监测,验证人体健康监测和关节弯曲角度测试的可行性。
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