【摘要】：發(fā)展具有高靈敏、可牽伸性的可穿戴電子皮膚在人類健康監(jiān)測、機器人皮膚和智能電子設(shè)備上是十分有價值的。靜電紡納米纖維由于其具比表面積大,孔隙率高,尺寸小等特點,使其在柔性傳感器領(lǐng)域具有優(yōu)異的應(yīng)用前景。為了利用低成本的靜電紡絲技術(shù)構(gòu)建具有高靈敏度的電容式傳感器,本文分別對薄膜型和織物型電容傳感器進(jìn)行深入研究:(1)利用CNT導(dǎo)電顆粒與PDMS聚合物基體相結(jié)合的方式制備得到具有柔性可傳導(dǎo)的CNT/PDMS復(fù)合薄膜;利用簡單的靜電紡絲方法制備具有優(yōu)異回彈性的聚酰亞胺納米纖維氣凝膠;以CNT/PDMS為上下電極,納米纖維氣凝膠為介電層構(gòu)建一種柔性可穿戴的壓敏型電容式薄膜傳感器。測試了該電容傳感器的壓力傳感性能,結(jié)果顯示,該電容式傳感器對壓力傳感具有很好的回復(fù)性和穩(wěn)定性,對不同壓力均具有不同的電容響應(yīng);具有廣的壓力監(jiān)測范圍(~4000Pa);另外該傳感器被證明在微小應(yīng)力的監(jiān)測上具有杰出的表現(xiàn),并且在受力去除后電容仍能夠快速回復(fù)到初始狀態(tài)。(2)利用靜電紡納米纖維包芯紗技術(shù),制備一種以鍍鎳棉紗為芯紗,由氧化石墨烯(GO)摻雜的聚氨酯納米纖維(PU)包覆在鍍鎳棉紗表面的包芯紗,進(jìn)一步將包芯紗螺旋纏繞在彈性長絲表面形成了彈性復(fù)合紗,然后根據(jù)平紋編織方法將彈性復(fù)合紗編織成大面積的織物,構(gòu)建一種能夠監(jiān)測多重機械外力,以及無接觸的手指靠近的電子織物傳感器。織物的一個交織點即為一個電容傳感單元,系統(tǒng)測試并分析了該傳感單元的壓力,拉伸,彎曲和手指靠近等傳感性能。研究結(jié)果表明,介電層的三維彈性多孔的納米纖維結(jié)構(gòu)和傳感電極的纖維集聚體結(jié)構(gòu)以及彈性復(fù)合紗的包纏結(jié)構(gòu)對提高電子織物的傳感單元的靈敏度、實現(xiàn)多力傳感以及實現(xiàn)可拉伸、可編織的穿戴性能起著關(guān)鍵的作用。在電子織物中,傳感單元在小壓力時可以誘導(dǎo)大的納米纖維介電層接觸面積的累積,表現(xiàn)出極好的低壓靈敏度(1.59 N~(-1),0.3 N),廣的傳感范圍(0-5 N),低的監(jiān)測限制(0.001 N),短的響應(yīng)時間(50 ms),好的循環(huán)穩(wěn)定性和重復(fù)性,和在一個大的牽伸范圍(0-100%)下的高的牽伸靈敏度。此外,電子織物也被證明適用于聲音識別、無接觸的氣流監(jiān)測、手指和腕部肌肉移動以及手指無接觸靠近等,表明這種柔性的、具有彈性可編織的織物型傳感器在可穿戴電子設(shè)備和類人機器人上有潛在的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TP212
【圖文】：

幾種常見的柔性傳感器的傳感機理圖（a）電阻式；（b）壓電式；（c）電容式[10]

幾種具有微結(jié)構(gòu)介電層的電容傳感器[39,40,37]

s 鑲嵌的微陣列底部電極。在外加壓力作用下，相對于平板電極與薄膜介電層之間存在更多的孔洞，導(dǎo)致在外力作用下孔洞更大，介電常數(shù)增大，所以，具有微陣列電極結(jié)構(gòu)的電容式壓的靈敏度。，將介電層以及電極同時微結(jié)構(gòu)設(shè)計并組裝成電容傳感器的研y 課題組[42]分別對由針織和機織兩種蓬松度不同的柔性導(dǎo)電粒和鹽粒兩種顆粒制備的多孔介電層組裝得到的電容式壓力較，研究表明，表面粗糙，結(jié)構(gòu)疏松，具有更多孔洞的針織導(dǎo)表面平滑，結(jié)構(gòu)緊密的機織導(dǎo)電織物電極具有更高的靈敏度更多孔洞的針織織物電極與硅彈性體之間形成孔隙，這些空隙加了一個介電層；而由糖粒制備的多孔介電層相比于鹽粒具有主要是因為糖粒的加入使介電層產(chǎn)生更多的微孔。所以，由針糖粒多孔介電層組裝得到的具有三明治結(jié)構(gòu)的電容傳感器具21 × 10-4kPa 1)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張萍;李莉;;一種微電容式傳感器檢測電路的分析與改進(jìn)[J];民營科技;2017年10期

2 王寧;王陽;丁衛(wèi)權(quán);徐振波;;基于電流鏡的微電容式傳感器接口電路研究[J];電子技術(shù);2014年07期

3 張東;鄧于;;變間隙電容式傳感器非線性補償方法研究[J];重慶文理學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年05期

4 郭銀景,康景利,楊陽,唐富華;微變電容式傳感器的設(shè)計與應(yīng)用[J];北京理工大學(xué)學(xué)報;2004年05期

5 馬廷鋒,耿世鈞,徐建平,曹曉華;新型單片電容式傳感器的研制[J];傳感器技術(shù);2003年06期

6 陳德益;;梳齒形電容式傳感器數(shù)學(xué)模型的建立[J];包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2003年04期

7 馬世勇;射頻電容式傳感器的研究與應(yīng)用[J];傳感器技術(shù);2001年02期

8 尹迅海;朱章武;;電容式傳感器的激勵源頻率和傳輸電纜線長度的選擇原則[J];大連鐵道學(xué)院學(xué)報;1987年01期

9 鄭義中;;高精度電容式三維發(fā)訊測微儀[J];宇航計測技術(shù);1988年02期

10 陳志剛;高靈敏度硅電容式壓力傳感器的研制[J];傳感器技術(shù);1989年06期

相關(guān)會議論文 前4條

1 席菲菲;李國超;周忠義;李高峰;;高壓電纜接頭局部放電檢測電容式傳感器的研制[A];2017年“電子技術(shù)應(yīng)用”智能電網(wǎng)會議論文集[C];2017年

2 樊尚春;梁虹;;電容式固態(tài)物含水率傳感器的模型[A];第二屆全國信息獲取與處理學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

3 李小偉;趙海發(fā);;電容傳感器的原理及在汽車行業(yè)中的應(yīng)用[A];第四屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2007年

4 龐海燕;溫茂萍;敬仕明;;電容在測量力和位移中的應(yīng)用[A];四川省電子學(xué)會傳感技術(shù)第九屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 董林璽;微機械電容式傳感器及其相關(guān)特性研究[D];浙江大學(xué);2004年

2 王陽;基于CMOS工藝的集成微電容式傳感器研究[D];安徽大學(xué);2012年

3 杜利鵬;電容法測量蒸汽濕度的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 佑曉露;基于納米纖維的柔性電容式傳感器的構(gòu)建與研究[D];中原工學(xué)院;2019年

2 郭芮君;基于AVR單片機的差動電容式壓力測量設(shè)計[D];蘭州交通大學(xué);2017年

3 馬澤宇;電容式肥液濃度在線檢測裝置設(shè)計與試驗[D];昆明理工大學(xué);2017年

4 嚴(yán)曉峰;低功耗電阻/電容式傳感器測量電路研究[D];重慶大學(xué);2017年

5 張明社;電容式傳感器測量水流泥沙含量信息融合的研究[D];西北農(nóng)林科技大學(xué);2003年

6 張慧萍;植物水分無損監(jiān)測電容式傳感器及其系統(tǒng)研究[D];山東農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

7 樓進(jìn)峰;MEMS電容式傳感器的批量標(biāo)定方法研究[D];杭州電子科技大學(xué);2014年

8 黃江;壓電電容式傳感器法快速測定稻谷含水率及煎炸油中的極性組分含量[D];中南林業(yè)科技大學(xué);2016年

9 王曉立;電容式位移傳感器研究[D];湘潭大學(xué);2010年

10 江葦;眼壓傳感及其信號無線傳輸技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

本文編號：2778218