集成纳米导电材料和弹性微结构的压阻式柔性压力传感器的研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tandge
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
柔性压力传感器具有良好的柔韧性、可延展性、贴附性好、便于携带和可穿戴等优势,在电子皮肤、人体健康监测、软体机器人、人机交互接口器件等方面具有良好的应用前景,因而成为近年的研究热点。尤其是压阻式传感器,因其信号导出机制简单、制作工艺相对简便,近年来备受研究者关注。但普通压阻式传感器的灵敏度往往无法满足微弱信号的测量需求,近年来研究人员通过在传感器中引入微结构极大地提高了传感器的性能。不过大多数基于微结构的压力传感器的制备往往需要昂贵的设备、较长的加工周期以及复杂的制作工艺,这大大限制了柔性压阻式传感器的规模化生产和广泛应用。
  针对上述问题,本论文提出了两种简单、低成本集成微结构的柔性压力传感器的制作方法,并在柔性压力传感器集成微结构的制备、导电层制作、性能测试评估以及实际应用等方面进行了系统的研究,主要的工作包括以下两个部分:
  (1)提出了一种基于碳纳米管覆盖的磁弹性微柱阵列柔性压力传感器的简便制作工艺。该方法利用磁控自组装技术结合简易的磁性聚二甲基硅氧烷(PDMS)复合液喷涂法快速制备出高长径比的磁弹性微柱阵列,然后通过滴定法沉积碳纳米管至微柱结构表面形成导电层,最后通过PDMS封装完成柔性压力传感器的制作。整个制作过程无需昂贵的设备、苛刻的工艺条件,且其高长径比弹性微结构大大增加了对压力作用的响应范围,有利于单个传感器实现更广泛的应用。为了优化传感器制作工艺,论文系统研究了不同加工参数对微结构几何尺度及压力传感器性能的影响。结果表明,经优化工艺制备的压力传感器的灵敏度约为~0.497±0.005kPa?1,且具有较宽的压力响应范围(10Pa~80kPa),响应时间<0.2s,具有良好的稳定性(>2000次循环)。该传感器的制备工艺具有低成本、高效率、可扩展生产的优势,所制备的压力传感器可以检测各种不同形式作用力,包括压力、弯曲力、扭曲力,同时可用于监测人体脉搏、躯体运动、以及发声的嗓音振动信号,展示出良好的应用前景。
  (2)提出了一种基于银纳米膜覆盖的多级微结构柔性压力传感器的简单制备工艺。该方法首先利用微通孔阵列模具结合PDMS倒模工艺以及拉伸PDMS经等离子体表面处理工艺制备得到表面集成微丘/微褶皱多级微结构的柔性基底;然后利用空气/水相界面相变溶菌酶纳米膜结合银镜反应制备得到银纳米膜,并将其转移至上述多级微结构柔性基底表面作为导电层,最后利用未固化的PDMS封装传感器。论文系统调研了薄膜拉伸结合等离子体表面处理过程参数对微结构及传感器性能的影响。表征结果显示,经工艺优化后多级微结构柔性压力传感器的灵敏度约为~1.291±0.001kPa?1,响应和恢复时间分别为70ms和160ms,压力测量范围为10Pa~40kPa,且具有良好的稳定性。相比前一款单级微结构压力传感器,该多级微结构压力传感器具有更高的灵敏度和响应速率,且基于相变溶菌酶纳米膜制备的银导电层牢固地粘附在PDMS薄膜表面,可以增强导电层的稳定性,有利于提升传感器的耐用度。初步应用显示该传感器可以测量微弱压力(水滴)以及气体流动和人体呼吸引起的非接触式压力信号。
其他文献
摘 要:房地产开发中,成本控制贯穿于房地产开发的全过程。房地产项目开发中的成本控制是以决策、设计、实施、竣工阶段的动态控制组成的。针对某项目房地产开发过程中决策、设计、招投标阶段的成本控制出现的问题,提出开发阶段全方位的控制成本的措施,以期提高经济效益。  关键词:房地产开发;开发成本;成本控制;控制措施  中图分类号:F274 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2014)17-020
期刊
摘 要:利用浙江省3市2县居民能源消费状况的调查数据,构建二项logistic回归分析模型,对居民能源消费水平进行多因素定量分析,寻求并分析影响居民能源消费的主要因素,最后给出结论、提出建议。  关键词:居民能源消费;影响因素;二项Logistic模型  中图分类号:F224.9 文献标志码:A 文章编号:1673-291X(2014)17-0068-05  引言  长期以来,中国的能源政策主要集
期刊
摘 要:原资源环境与城乡规划管理专业在专业定位、课程设置和学生就业等诸多方面都存在着许多现实问题,所以,根据 2012 年教育部新颁布的《普通高等学校本科专业目录》,将其调整为自然地理与资源环境(070502)和人文地理与城乡规划(070503)两个专业,各高校都根据自己的学科背景与优势做了相应调整。在面临机遇的同时,各高校新专业也面临着培养方案制订以及社会认同待验等方面的挑战。为此,以新疆农业大
期刊
摘 要:信阳毛尖是信阳市重要的支柱产业之一。面对日益竞争激烈的茶叶市场环境,信阳茶叶产业集群区域品牌建设就显得十分必要。但市场不规范、管理不统一、科技支撑不到位等问题制约着信阳茶叶产业的发展。根据产业集群区域品牌建设相关理论和信阳茶产业自身特点,推动信阳茶叶产业集群区域品牌建设应该给予茶叶产业政策扶持和制度保障,加大茶文化的建设研究等,并不断进行品牌创新,是“信阳毛尖”区域品牌保值、增值、健康发展
期刊
摘 要:培养高级人才是高等教育的重要职责,高等教育教学内容和教学形式是高等教育的重要内容,更与人才质量的高低息息相关,因此,探究高等教育教学内容与教学形式是研究高等教育发展状况及未来人才培养方向的必然选择。我国古代高等教育按性质分为官办高等教育和私立高等教育两种形式。古代官办高等教育是我国当代公立高等教育的雏形,而古代官办高等教育中的洛阳太学是我国古代官办高等教育的典型代表,因此,研究我国古代的洛
期刊
摘 要: 随着湖南省的发展,其在全国范围内经济地位日益提高,因此,有必要综合观察湖南省上市公司的综合发展情况。运用统计指数的基本原理,编制湖南A股股价指数,并与上海的股价指数对比,说明统计指数编制方法的实际应用,反映湖南A股股价变动情况及相对波动幅度 并简单地对投资者提出建议。  关键词: 统计指数;指数编制;湖南A股;上市公司;股价指数  中图分类号:F830 文献标志码:A 文章编号:1673
期刊
摘 要:我国央企控股上市公司的规模大,资产负债率偏高,总体盈利状况不佳,仍未走出“大而不强”的境况,在部分关键行业或领域尚未发挥出行业领军作用。亏损的公司应进行产品(业务)决策,重组资产,力争扭亏为盈、稳定发展;利润总额大、获利率不高的公司,应该严格控制成本费用,降低和减少不合理支出;涉及新兴产业的公司应抓住机遇,加大研究开发力度,抢占先机,争做产业领军企业。  关键词: 央企上市公司;财务指标;
期刊
环保、工业制造以及医疗健康等领域对高性能气体传感器的需求日益迫切。自从石墨烯被首次通过机械剥离的方法制备以来,二维材料因其大的表面体积比、丰富的表面活性位点而被认为是理想的气敏材料。但是本征二维材料的一些固有缺点如石墨烯的半金属特性、MoS2较多的点缺陷和低载流子迁移率、黑磷的环境不稳定性以及h-BN的宽禁带特性等使得其不能作为理想的气敏材料用于气体检测。本文从微观机理探索了新型二维材料碲烯的气敏传感性能,并通过实验制备获得了一种低成本、高性能的碲烯NO2气体传感器。本文的研究结果主要总结如下:
 
随着5G、人工智能、物联网技术的快速发展,电子设备作为网络通信技术的落地终端,将会面临数量与质量的更高要求,并且朝着可穿戴和可植入的方向快速发展。在普通的电子设备中,电池往往作为电子设备的能源供给方案。而电池有限的容量和耐久性成为影响电子设备稳定性的重要因素。为了避免以上问题,人们将目光聚集在采集生活的微小能量,并转化为可利用的电能。其中,纳米摩擦发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)具有结构简单、成本低廉和响应速度快等优点,受到了人们的追捧。但是高内阻、输出功率有限、
MOEMS扫描光栅微镜是光谱检测分析装备的新一代核心分光器件,它具有分光与扫描功能、体积小、成本低、能单管探测器替代阵列探测器等显著特点,扫描光栅微镜控制系统是扫描光栅微镜能高精度稳定工作不可或缺的重要组成部分。论文开展电磁式MOEMS扫描光栅微镜的高精度闭环控制系统关键技术研究,具有重要的科学意义和迫切的应用需求。
  论文在分析扫描微镜和扫描光栅微镜控制方法的国内外研究现状及存在的主要问题基础上,研究分析了重庆大学微系统研究中心研制的电磁式MOEMS扫描光栅微镜和集成角传感器的结构与工作原理,基