發(fā)布時(shí)間：2021-01-10 00:53

　　近年來(lái)柔性電子學(xué)快速發(fā)展,已經(jīng)成為未來(lái)生物醫(yī)療領(lǐng)域的重要革新手段,柔性觸覺(jué)傳感器對(duì)可穿戴式的醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生了顛覆性的影響。足底壓力分布能夠反映足部受傷或病變,被廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)和醫(yī)療診斷當(dāng)中。但往往受限于檢測(cè)設(shè)備不便攜、價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)而沒(méi)有被廣泛應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題,相關(guān)人員提出使用柔性觸覺(jué)傳感器檢測(cè)足底壓力分布。柔性觸覺(jué)傳感器具有柔軟、可拉伸、更好的貼附性等優(yōu)點(diǎn),但目前的大多數(shù)性能優(yōu)良的器件加工成本高、檢測(cè)范圍小、容易破損導(dǎo)致無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。為此,本論文通過(guò)使用導(dǎo)電織物和微孔濾膜制作了電容式柔性觸覺(jué)傳感器并進(jìn)一步制作了足底壓力分布測(cè)量鞋墊解決上述問(wèn)題。本文使用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽活化微孔濾膜得到活性介電層與織物電極組裝后形成三明治結(jié)構(gòu)的離子型電容式柔性觸覺(jué)傳感器。通過(guò)調(diào)控離子液體負(fù)載量對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化,該器件在0-25 k Pa時(shí)器件的靈敏度為0.14 k Pa-1,在25-300 k Pa時(shí)降至0.012 k Pa-1。器件的響應(yīng)時(shí)間小于100 ms,能夠?qū)?0 Pa以上的壓力產(chǎn)生反饋,能承受3000次循環(huán)加載而保持穩(wěn)定。此外,該器件具有制備工藝簡(jiǎn)單、原料易得,... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

傳感器原理示意圖[14]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-5-1.2.1.3壓電式柔性傳感器電容壓電效應(yīng)最早是由Curie兄弟在1880年發(fā)現(xiàn)，在報(bào)告中指出有一些特殊的電介質(zhì)材料，當(dāng)受某一特定方向上的外力作用而發(fā)生變形時(shí)，就會(huì)在材料內(nèi)部產(chǎn)生極化形成偶極矩，于是在相對(duì)表面出現(xiàn)異種電荷形成電常即在壓力作用下形成了電場(chǎng)，當(dāng)外力作用消失，又恢復(fù)到原來(lái)電中性狀態(tài)，這一現(xiàn)象就稱為（正）壓電效應(yīng)[21]。在柔性傳感器領(lǐng)域，最為典型和廣泛應(yīng)用的是鐵電聚合物材料聚偏氟乙烯（Poly(vinylidenefluoride)，PVDF）。緊湊的線性分子結(jié)構(gòu)，使之具有半結(jié)晶性和特殊的物理性能。β型PVDF具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得分子具有最大的偶極矩，因此相比于其他各種聚合物其極化效應(yīng)最大，但β型PVDF的制備工藝相對(duì)復(fù)雜[22]。由于β型PVDF極佳的壓電特性、柔性和良好的加工性能適合制備柔性傳感器。壓電效應(yīng)用于測(cè)量動(dòng)態(tài)信號(hào)，但壓電傳感器的測(cè)量電路及設(shè)備復(fù)雜，空間分辨率較差的特點(diǎn)限制了其應(yīng)用發(fā)展。1.2.1.4摩擦電式柔性傳感器摩擦生電的原理和現(xiàn)象都為大眾所知，摩擦納米發(fā)電機(jī)技術(shù)是一種重要的新能源技術(shù)。摩擦電式傳感器是基于摩擦生電以及靜電感應(yīng)的原理，將外部的機(jī)械刺激如壓力、摩擦等轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光電子器件。自王中林發(fā)明摩擦納米發(fā)電機(jī)以來(lái)，摩擦電子學(xué)的產(chǎn)生推動(dòng)了主動(dòng)式柔性傳感器的發(fā)展。摩擦電信號(hào)產(chǎn)生的形式主要有四種[23]，如圖1-2所示。圖1-2四種工作模式[23]a)垂直接觸式；b)水平滑動(dòng)式；c)單電極式；d)獨(dú)立層式（1）垂直接觸式摩擦電式傳感器中最為常見(jiàn)的一種形式，主要是通過(guò)不同材料在摩擦電序

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-7-1.2.2柔性觸覺(jué)傳感器的基本性能柔性觸覺(jué)傳感器其獨(dú)特的柔性特征為可穿戴性提供了基礎(chǔ)，同時(shí)優(yōu)良的觸覺(jué)感知能力使之可以應(yīng)用于脈搏監(jiān)測(cè)、足底壓力測(cè)量以及肌電信號(hào)監(jiān)測(cè)等。因此柔性觸覺(jué)傳感器的基本性能包括其基本的機(jī)械性能以及傳感性能。柔性觸覺(jué)傳感器的特殊機(jī)械性能需要保證在使用環(huán)境下的耐受性。1.2.2.1機(jī)械性能（1）可拉伸性拉伸性質(zhì)主要取決于材料的力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)有研究表明通過(guò)對(duì)不可拉伸硬質(zhì)材料進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也可以使之具有一定的可拉伸性能。例如通過(guò)將納米級(jí)網(wǎng)格與一維的波紋結(jié)構(gòu)相結(jié)合，從而設(shè)計(jì)并制造了一種高度可拉伸的透明電極，亦有研究者使用中國(guó)明間傳統(tǒng)的剪紙術(shù)和折紙術(shù)方法制作可拉伸電極和器件。在拉伸過(guò)程中，材料截面處受到拉應(yīng)力，引起應(yīng)變呈現(xiàn)出拉伸狀態(tài)。因此通過(guò)合理的材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作具備可拉伸性能的柔性傳感器，拉伸性可以通過(guò)材料所能承載的應(yīng)變（ε）進(jìn)行表征，可以通過(guò)公式（1-3）進(jìn)行計(jì)算：ε=(l-l0)/l0×100%(1-3)式中ε——應(yīng)變（%）；l0——受拉樣品的初始長(zhǎng)度（mm）；l——受拉樣品的最大拉伸長(zhǎng)度（mm）。（2）彎曲性柔性傳感器具有極好的順應(yīng)各類形狀表面的能力。傳感器的柔軟可以承受變形的特性為此提供了保證。對(duì)于傳感器彎曲特性的表述，一般通過(guò)其彎曲曲率/曲率半徑進(jìn)行表征，曲率半徑越小，則說(shuō)明器件可承受彎曲變形的程度越大。對(duì)于柔性傳感器，我們假定傳感器在彎曲時(shí)變形為圓弧形，如圖1-3所示。圖1-3器件彎曲示意圖

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于銀納米線/PDMS微結(jié)構(gòu)復(fù)合電介質(zhì)的柔性透明電容式壓力傳感器及其在穿戴式觸摸鍵盤的應(yīng)用（英文）[J]. 史瑞龍,婁正,陳帥,沈國(guó)震.  Science China Materials. 2018(12)
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碩士論文
[1]基于PVDF壓電薄膜足底壓力測(cè)量系統(tǒng)研究[D]. 趙偉博.哈爾濱工程大學(xué) 2016



本文編號(hào)：2967738