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柔性压力传感器作为柔性电子器件的重要组成部分,在医疗保健、电子皮肤和人机交互等领域呈现出巨大的发展前景。碳化织物凭借其出色的柔韧性和导电性,以及低成本、可再生、环境友好的优点,引起了人们的关注,成为柔性压力传感器的新兴传感材料。
本课题采用简单的碳化工艺制备出导电碳化棉织物,随后通过浸渍-干燥法制备出碳化棉织物/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料。并通过SEM、EDS、拉曼、XPS、电学和力学性能测试进行表征分析。然后通过简单的组装获得了基于碳化棉织物/热塑性聚氨酯复合材料的柔性压力传感器,其显示出优异的机械性能和传感性能。为了探讨制备工艺对柔性压力传感器传感性能的影响,本文在制备过程中设置了不同的碳化温度(600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)和柔性基底溶液浓度(4wt%、6wt%、8wt%、10wt%),随后将不同工艺参数的碳化棉织物及复合材料进行表征和测试,并对柔性压力传感器进行传感性能的测试。最后,选择最佳工艺的碳化棉织物/热塑性聚氨酯柔性压力传感器进行实际应用测试。
通过对碳化棉织物及复合材料的表征分析,发现碳化工艺将普通棉织物转变为电导率高达59.31S/m的导电碳材料,并且织物结构保持良好。加入热塑性聚氨酯的复合材料具有良好的柔韧性和机械性能。由碳化棉织物和热塑性聚氨酯组装的柔性压力传感器显示出优异的传感性能,包括0~16kPa的工作范围、高达74.80kPa-1的灵敏度、低至9.34%的迟滞性、~0.70Pa的低检测限,以及4000次循环的重复性。通过探讨制备过程中工艺参数对传感性能的影响,得出碳化温度和基底材料浓度对柔性压力传感器的传感性能具有极大的影响。碳化棉织物的导电性和石墨化程度随碳化温度的变化而变化,并且不同碳化温度的压力传感器显示出不同的灵敏度,800-900℃碳化温度的传感器呈现出较为优异的灵敏度。碳化棉织物/热塑性聚氨酯复合材料的导电性和机械性能随热塑性聚氨酯浓度的变化而变化,并且不同热塑性聚氨酯浓度的传感器显示出不同的迟滞性和稳定性,6wt%浓度的传感器呈现出较低的迟滞性及优异的稳定性。通过置放不同数量的大米于传感器上,以及将传感器安装于手腕桡动脉、手指及手腕中来检测微小信号、脉搏信号和人体运动情况,证明了碳化棉织物/热塑性聚氨酯柔性压力传感器在检测微弱信号和剧烈运动的能力,其在柔性电子领域具有巨大的发展前景。
本课题采用简单的碳化工艺制备出导电碳化棉织物,随后通过浸渍-干燥法制备出碳化棉织物/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料。并通过SEM、EDS、拉曼、XPS、电学和力学性能测试进行表征分析。然后通过简单的组装获得了基于碳化棉织物/热塑性聚氨酯复合材料的柔性压力传感器,其显示出优异的机械性能和传感性能。为了探讨制备工艺对柔性压力传感器传感性能的影响,本文在制备过程中设置了不同的碳化温度(600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃)和柔性基底溶液浓度(4wt%、6wt%、8wt%、10wt%),随后将不同工艺参数的碳化棉织物及复合材料进行表征和测试,并对柔性压力传感器进行传感性能的测试。最后,选择最佳工艺的碳化棉织物/热塑性聚氨酯柔性压力传感器进行实际应用测试。
通过对碳化棉织物及复合材料的表征分析,发现碳化工艺将普通棉织物转变为电导率高达59.31S/m的导电碳材料,并且织物结构保持良好。加入热塑性聚氨酯的复合材料具有良好的柔韧性和机械性能。由碳化棉织物和热塑性聚氨酯组装的柔性压力传感器显示出优异的传感性能,包括0~16kPa的工作范围、高达74.80kPa-1的灵敏度、低至9.34%的迟滞性、~0.70Pa的低检测限,以及4000次循环的重复性。通过探讨制备过程中工艺参数对传感性能的影响,得出碳化温度和基底材料浓度对柔性压力传感器的传感性能具有极大的影响。碳化棉织物的导电性和石墨化程度随碳化温度的变化而变化,并且不同碳化温度的压力传感器显示出不同的灵敏度,800-900℃碳化温度的传感器呈现出较为优异的灵敏度。碳化棉织物/热塑性聚氨酯复合材料的导电性和机械性能随热塑性聚氨酯浓度的变化而变化,并且不同热塑性聚氨酯浓度的传感器显示出不同的迟滞性和稳定性,6wt%浓度的传感器呈现出较低的迟滞性及优异的稳定性。通过置放不同数量的大米于传感器上,以及将传感器安装于手腕桡动脉、手指及手腕中来检测微小信号、脉搏信号和人体运动情况,证明了碳化棉织物/热塑性聚氨酯柔性压力传感器在检测微弱信号和剧烈运动的能力,其在柔性电子领域具有巨大的发展前景。