论文部分内容阅读
近年来,有学者发现纳米裂纹可用于制作纳米尺度图形,并应用于众多领域。例如,制作由柔性聚合物基底和带有纳米裂纹的金属薄膜构成的超灵敏应变传感器。纳米裂纹的形貌（密度、长度、形状）对传感器的性能有极大的影响。尽管目前提出的方法可以实现纳米裂纹的图案化,但是需要牺牲金属薄膜与基底之间的结合力,或者需要在基底上制造应力集中微结构。针对目前纳米裂纹制作过程中的难点,本文提出用基于光刻技术的纳米裂纹图案化工艺来解决。通过将无光刻胶覆盖的区域建立成复合材料梁模型,有光刻胶覆盖的区域建立成剪滞模型,分析出纳米裂纹图案化过程中不同位置金属薄膜的受力情况。并制作出不同密度的单方向直纳米裂纹、不同长度的单方向直纳米裂纹、弯曲的单方向纳米裂纹、双方向的直纳米裂纹,以及在铂、金、银、铜四种不同金属薄膜上制作出单方向直纳米裂纹。接着,制作具有不同密度的单方向直纳米裂纹应变传感器,利用拉伸试验机对应变传感器进行性能测试。测试结果表明,纳米裂纹密度为200 cm-1的长度为5 mm的应变传感器在量程为0-1.2%的应变范围内,应变灵敏系数高达19883,具有超灵敏特性;以0.1 mm/min的速率进行0-1.2%应变范围内的滞后测试时,应变传感器的迟滞程度仅为4.92%;以0.125 Hz、0.25 Hz、0.5 Hz、1 Hz的频率进行0-1%应变范围内的频率测试时,应变传感器在四种频率下的10次循环曲线具有良好的重复性,说明频率对应变传感器的响应影响很小;以4 mm/min的速率进行0-0.5%应变范围内的1000次循环疲劳测试时,应变传感器（35）R/R0最大值的相对变化仅为2.15%。最后,本文先将超灵敏应变传感器应用于检测人体生理信号,包括呼吸信号、脉搏信号及声音信号。再将具有单方向直纳米裂纹、双方向直纳米裂纹的传感器应用于检测温度信号。其中,单方向直纳米裂纹的密度为200 cm-1,长度为5 mm;双方向直纳米裂纹的横向密度为200 cm-1,长度为10 mm,纵向密度为200 cm-1,长度为5 mm。利用温控平台对传感器进行性能测试。测试结果表明,具有单方向直纳米裂纹的传感器在30℃-60℃的温度范围内,电阻温度系数高达1.20/℃,具有双方向直纳米裂纹的传感器在30℃-42℃的温度范围内,电阻温度系数高达1.86/℃。以及将柔性阵列式传感器应用于检测压力信号,其中,纳米裂纹密度为200 cm-1,长度为2 mm,阵列形式为四点式阵列。