【摘 要】
:
湿度作为与人们日常生活当中息息相关的重要物理量,在农业、医学、工业制造、气象观测以及人工智能等领域影响着我们。湿度通常指水蒸气在所处空气中的含量,人们通过使用湿度敏感材料制作的湿度传感器可以检测到环境湿度的具体数值。对于湿度敏感材料而言,目前市面上大多数基于刚性材料的研究已经较为成熟,但伴随着人们对于传感器要求的日益增加以及可穿戴、人机交互、电子皮肤等技术的发展,刚性湿敏材料在机械性能等应用方面的
论文部分内容阅读
湿度作为与人们日常生活当中息息相关的重要物理量,在农业、医学、工业制造、气象观测以及人工智能等领域影响着我们。湿度通常指水蒸气在所处空气中的含量,人们通过使用湿度敏感材料制作的湿度传感器可以检测到环境湿度的具体数值。对于湿度敏感材料而言,目前市面上大多数基于刚性材料的研究已经较为成熟,但伴随着人们对于传感器要求的日益增加以及可穿戴、人机交互、电子皮肤等技术的发展,刚性湿敏材料在机械性能等应用方面的局限性开始逐步显露。而基于柔性湿敏材料的湿度传感器因其具有较好的机械性能、成本低、易于集成化、便于人机交互等优势被近期的研究人员广泛关注。不仅如此,研究人员们还希望能够将温度、湿度、压力等多种与人们生活关系密切的参数在同一种器件上进行集成化,从而进一步实现基于同一种材料的多功能柔性传感器。而在柔性传感器中,经常选用聚合物作为敏感材料。作为疏水材料,PVDF的湿敏性能始终难以被开发,具有湿敏特性成为了PVDF这一材料进一步多功能化的主要阻碍。本文从PVDF的亲水改性入手,对基于PVDF的柔性湿度传感器进行了研究分析,并在成功制备器件后,对器件的读出电路进行实现,完成了基于PVDF柔性湿度计的整机设计。本文主要工作如下:PVDF掺杂改性后的PVDF复合薄膜制备及表征研究其湿敏特性。以聚合物PVDF为基体材料,分别掺杂PVA及Li Cl两种湿敏材料,使用旋涂制备了PVDF复合薄膜,并通过FTIR、XRD、扫描电子显微镜、去离子水液滴接触角对薄膜掺杂前后的湿敏特性做出分析,找到了最优掺杂比例。测试结果表明,通过掺杂PVA能够将亲水基团羟基(-OH)引入PVDF薄膜,且能够将PVDF薄膜表面变粗糙从而提升比表面积;同时掺杂Li Cl能够增强PVDF薄膜对水的电离能力,并由于相转化带来了大量微型孔状结构。而将两种掺杂剂同时加入时,PVDF复合湿敏薄膜的去离子水液滴接触角能够达到低至32.8°,表明在这一掺杂浓度下,PVDF复合湿敏薄膜拥有最好的亲水性。基于PVDF复合湿敏薄膜的柔性湿度传感器的制备及各项性能测试与研究。使用磁控溅射配合硬掩膜版的方法在PVDF复合湿敏薄膜上制备了银叉指电极,完成了基于PVDF柔性湿度传感器的制备。搭建了湿度性能测试平台,对器件的灵敏度及湿滞、响应时间与重复性、器件的抗温度变化等性能进行测试评估。并针对检测人体呼吸频率进行了实际应用。测试结果表明,基于PVDF复合湿敏薄膜的柔性湿度传感器相较于未掺杂薄膜制备的器件而言,提升了亲水性和湿度敏感特性,具有较高的灵敏度、较快的吸附/脱附时间以及低湿滞等优点,其中综合性能最优异掺杂浓度(PVDF:PVA:Li Cl=10:1:0.5)下的器件最大灵敏度达到441,响应时间达到12s,湿滞为2.3%RH。使用多谐振荡电路设计了基于PVDF柔性湿度传感器的电容读出电路,并在结合前使用HS1101商用湿度传感器进行了理论验证,并最终使用STM32单片机最小系统板在软件上结合查表法实现了基于PVDF柔性湿敏薄膜的湿度计整机设计,完成了从器件到整机的实际设计应用。测试结果表明,基于PVDF的柔性湿度计对于环境的相对湿度测量与商用湿度计相对误差仅为1.4%,证实了本方案的可行性。
其他文献
对抗是现实中十分常见的问题,小到游戏,大到战争处处都有对抗的影子。智能体攻防对抗是一种典型的对抗问题,其对抗主体由若干防守者与若干进攻者组成,防守者的任务是防守平面上的某一目标区域免于被进攻者靠近。对该问题的研究主要存在两个关键点:首先,攻防对抗问题属于微分博弈问题,需要对博弈的纳什均衡状态进行理论分析。其次,在实际应用问题中,需要设计适当的控制器以指导智能体的博弈过程向均衡状态发展,随着无人设备
聚偏氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)薄膜这种类型的压电材料相较其余类型的压电材料,它的频响范围更大,延展性也更好,同样条件下的灵敏度也很优异,因而更适合于制成与人体相接触的触力传感器。本论文主要研究设计了一款基于PVDF的触力传感器阵列;得到了每个阵列点的理论电压输出表达式;对其上下衬底材料进行了优化分析;对其静态特性和动态特性参数进行了表征,并证明了其能较为准确
随着关节类机器人研究的深入和应用的普及,更强大的运动性能和更广泛的环境适用性已成为未来发展趋势。驱动器作为机器人运动系统的核心,决定了机器人的运动精确性、空间机动性、目标承载性和动态交互性。然而,在使用驱动元件驱动腿型、跳跃型和外骨骼型等关节类机器人时,往往面临着功率峰值大、输出变化频繁、系统碰撞冲击强等问题,增加了相关能源消耗成本的同时,也降低了机器人系统的整体稳定性,对关节类机器人驱动系统的设
我国走在制造业强国的发展道路上,随着工业产品的复杂化和多样化,作业场景也是错综复杂和空间狭小,对机器人的灵活运动能力和控制性能带来了挑战。蛇形机器人具备超冗余自由度,能灵活避开障碍物,可以保证狭小空间内作业的安全性,因此在工业领域各个方面都将会有广泛应用前景。本文预研究设计了一款24自由度的气动驱动蛇形机器人,对其三维避障运动规划展开了深入研究。此项研究可应用在我国的工业机器人领域,符合国家战略规
食品安全问题一直是民众最为关心的安全问题之一,我国每年因为食品安全问题产生大量的经济和社会损失,这其中致病性食源微生物又占据了食品安全的主要方面。因此对于食源性微生物的检测显得尤为重要。现在主流的食源性微生物的检测方法主要有病原体培养法、基于抗原-抗体反应的方法和PCR方法等,这些方法往往需要很长的检测时间,而且需要专业的人员进行操作不易于微型化。本文针对主流食源性微生物检测方法的缺点,设计了成本
深度学习算法中,卷积神经网络是最具代表性的模型,被广泛应用在图像分类、非线性预测等场景中,展示了高度的智能特性。卷积神经网络中的操作运算以卷积运算为主,其中涉及到密集矩阵相乘等大规模运算,导致运算过程中需要消耗大量的存储和计算资源。尤其是在矩阵规模较大时,传统的微电子处理器难以为卷积神经网络提供足够的算力,运算效率较低。近年来,光学计算由于其速度快、并行性和功耗低的特点,被逐渐运用在卷积神经网络的
伴随着无人驾驶技术的发展,基于无人驾驶的AGV(Automated Guided Vehicle)产品越来越成熟,企业为了更好的适应智能化制造的需求,对AGV不再满足于手动控制或者传统的巡线导航,对其自主性的要求也变得愈来愈高。在AGV产品中,导航是其关键功能,同时也是其智能化运行的重要体现,因此对AGV展开导航相关的研究具有重要的意义和价值。本文首先对国内外有关AGV导航及其路径规划的研究现状进
食品安全作为最基本的民生之一,与我们的生活密切相关。真菌毒素中毒以及食品过敏作为影响食品安全的两个重要因素,严重威胁着人们的生命健康,并且给我国的医疗卫生系统带来巨大压力。目前食品安全检测领域较为主流的检测方法需要庞大的设备和经过培训的操作人员,且一般情况下很难走出实验室,因此无法应用于日常生活。为克服传统食品安全领域检测方法的缺点,研究更特异、更快捷、更敏感的低成本的便携式检测新方法,具有重大的
不断革新的半导体工艺促使传统传感器不断向着小型化、智能化、多功能化发展,其中,对电容式微型气体/湿度传感器的研究也在MEMS技术和CMOS技术的带动下不断进步。本论文将聚焦于影响电容型微湿度传感器湿敏性能的敏感结构,针对目前存在的响应恢复时间长、制备工艺复杂等缺点,开展三维微结构设计与加工、传感器敏感薄膜制备及湿敏特性研究,具体研究内容如下:设计了四种电容式化学传感器的新结构。(1)穿孔平板电容式
甲烷是一种无色无味的气体,广泛分布于煤矿、沼气池、深海可燃冰气田等能源开采区域,但是由于自身易燃易爆的性质,一旦发生爆炸将给人们生命和财产安全带来危害,所以受到研究人员的高度关注。为了工业生产中的环境安全维护,实现环境甲烷浓度的实时监测,SnO2半导体甲烷传感器由于所用材料性能相对为稳定、成本低廉、气敏响应效果好、制备流程简单,已经成为最早投入研究生产的气体传感器。目前SnO2甲烷传感器存在工作温