【摘 要】
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随着柔性电子和人工智能的发展,能够将机械变形转换为可读的电阻或电容信号的柔性应变传感器,广泛的应用于人体活动识别、健康监测和可穿戴显示器等方面。对应变传感器的性能要求有如下几个方面:低初始电阻、高拉伸率、高稳定性、良好的抗疲劳性能等。这些性能与传感器的材料组成和结构密切相关,合适的导电材料和制备方法是提高传感器综合性能的关键。本论文基于不同的导电材料和加工方法制备了两种拉伸型柔性传感器,并对其结构
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随着柔性电子和人工智能的发展,能够将机械变形转换为可读的电阻或电容信号的柔性应变传感器,广泛的应用于人体活动识别、健康监测和可穿戴显示器等方面。对应变传感器的性能要求有如下几个方面:低初始电阻、高拉伸率、高稳定性、良好的抗疲劳性能等。这些性能与传感器的材料组成和结构密切相关,合适的导电材料和制备方法是提高传感器综合性能的关键。本论文基于不同的导电材料和加工方法制备了两种拉伸型柔性传感器,并对其结构、性能等进行了研究。具体内容如下:1.选用市售的常温固化聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为聚合物基底,多壁碳纳米管(CNTs)和银膜作为导电材料,制备了一种新颖的基于逐层组装(LBL)方法的电阻型可拉伸柔性传感器。碳纳米管(CNTs)层在应变传感过程中提供了高拉伸性和稳定性,而银层在应变传感过程中提供了较低的初始电阻和快速反应能力。最终,传感器的初始片电阻为9.44Ω/sq。对于传感功能,该传感器具有较宽的传感范围,高应变系数(GF最大值为1000)和快速反应能力,反应时间为165 ms。在耐久性方面,传感器可以在大于1000次的循环测试中保持性能的稳定性。在应用方面,本传感器可以准确的识别各类人体活动,同时在手指的按压下还可以利用摩尔斯代码进行保密信息的传递。2.将柔性电子与自修复弹性体进行结合,利用逐步聚合和扩链反应,制备了一种具有自修复能力的PDMS,并以此作为聚合物基底。对于弹性体的自修复性能,最优修复条件为,在90℃下修复4 h。修复效果为,修复后拉伸强度0.88 MPa。极限伸长率为652.5%。在该聚合物的表面滴涂一层水性聚氨酯(PU)粘合层,然后在其上用原位聚合法制备聚吡咯(PPy),以PPy作为导电材料,完成了可拉伸自修复传感器的制备。该传感器具有较高的应变传感范围,初始值高达130%,切断并修复后为100%;良好的灵敏度,修复前GF为1251,修复后为1637;快速反射时间125 ms和极高的耐久性(3000次循环试验)。同时还将单一的线性传感器进行组合和拼接,实现了二位方向上的信号识别。该传感器具有自修复的能力,在划伤或切断后可以在高温下进行修复,恢复其力学性能和传感性能。
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