【摘 要】
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随着智能终端的普及,柔性电子产品具有广阔的市场前景。柔性触觉传感器是一种新型的柔性电子设备,为机器与周围环境的相互作用提供了更多的可能性。它是在柔性电极迅速发展之后的新兴领域。柔性触觉传感器具有灵活性、重量轻、多功能和低成本等优点,并且在穿戴式电子设备和人工智能领域有广泛的应用。柔性触觉传感的摩擦电纳米发电机可以直接将机械刺激转换为电信号而无需额外的换能器,在有源感应和自供电传感器领域具有巨大的潜
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随着智能终端的普及,柔性电子产品具有广阔的市场前景。柔性触觉传感器是一种新型的柔性电子设备,为机器与周围环境的相互作用提供了更多的可能性。它是在柔性电极迅速发展之后的新兴领域。柔性触觉传感器具有灵活性、重量轻、多功能和低成本等优点,并且在穿戴式电子设备和人工智能领域有广泛的应用。柔性触觉传感的摩擦电纳米发电机可以直接将机械刺激转换为电信号而无需额外的换能器,在有源感应和自供电传感器领域具有巨大的潜力。本论文通过3D打印柔性织物PDMS的方法制备了基于摩擦电纳米发电机原理与压阻效应的双传感模式可拉伸触觉传感器。在PDMS中添加石墨烯作为电极,以PDMS作为摩擦层,制备的复合纤维具有良好的拉伸性能,可以承受较大形变的同时具有良好的导电能力。PDMS制备的摩擦电纳米发电机的电压输出为3.5V,在连续触摸条件下,其输出最高可以达到6V。PDMS制备的压阻器件在各种压力下具有不同的响应行为,表现出对压力良好的灵敏度,随着压力的增大(0-5N),电压输出迅速由2V升高到6V左右,而在6-10N的施压下,电压随着压力的升高增加相对比较缓慢。基于以上特性,我们采用PDMS构建了双传感模式的触觉传感器。模式一基于单电极式摩擦电纳米发电机工作原理传感,在触点位置会产生电压信号输出,信号输出的时间与大小可以反映点触的顺序与压力大小;模式二基于压阻原理传感,被接触的纤维电阻值会产生变化,同样可以从峰值出现的时间来判断触摸时的先后顺序,由于每根纤维都是独立工作,所以传感器支持多点触控。两种模式协同工作的机制极大的增强了传感器的触觉感应能力。另外,我们在硅橡胶中添加液态金属代替石墨烯作为电极来构建可拉伸单电极式摩擦电纳米发电机,硅橡胶作为器件的摩擦层和封装材料,通过磁铁将液态金属在硅橡胶上面构造了 3×3个阵列电极。器件以电压为传感信号,在触点位置会产生电压输出,信号峰值出现的时间与次数反应了触碰的顺序和次数,同时电压表现出了对压力的响应,压力增大时(0-10N),电压从1V增加到15V。器件对外界刺激表现出了良好的传感性能。
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