發(fā)布時(shí)間：2021-08-12 06:50

　　柔性電子領(lǐng)域發(fā)展迅速,在運(yùn)動(dòng)檢測、人機(jī)界面和柔性機(jī)器人等領(lǐng)域都有所應(yīng)用,這對柔性壓阻傳感器提出了更高的需求。壓阻傳感器可以將壓力變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化,由于其具有結(jié)構(gòu)簡單,低耗能,高靈敏度和檢測范圍大等優(yōu)點(diǎn),得到了越來越多的關(guān)注。片狀的氧化石墨烯（GO）具有許多羧基和羥基,這些大量的活性官能團(tuán)及微觀結(jié)構(gòu)使得GO有作為復(fù)合材料支撐基質(zhì)的潛力。常見的導(dǎo)電聚合物聚吡咯（PPy）具有高導(dǎo)電率,作為復(fù)合材料的填充物可以避免GO的自然團(tuán)聚。GO納米片與吡咯粒子間具有強(qiáng)烈的π-π相互作用,復(fù)合產(chǎn)生的導(dǎo)電材料可以均勻附著在結(jié)構(gòu)基底,作為壓阻傳感器的導(dǎo)電填料。本研究采用電荷自組裝法（LBL）分別將氧化石墨烯（GO）和聚吡咯（PPy）沉積在聚氨酯（PU）海綿基底上,制備出了GO/PPy@PU壓阻傳感器。對GO/PPy@PU壓阻傳感器進(jìn)行靈敏度、循環(huán)穩(wěn)定性等性能的測試以及傳感機(jī)理的分析,進(jìn)一步優(yōu)化了GO/PPy@PU壓阻傳感器的制備工藝,最后測試了GO/PPy@PU壓阻傳感器在人體特定活動(dòng)檢測方面的應(yīng)用。具體研究內(nèi)容如下:1.制備了GO/PPy@PU壓阻傳感器,分析了海綿結(jié)構(gòu)在壓縮過程中的力學(xué)行為,討論了不同... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電子設(shè)備的應(yīng)用：（a）醫(yī)療監(jiān)測；（b）電子皮膚；（c）電子假肢；（d）

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文2出了更高的需求。復(fù)雜測量環(huán)境的適應(yīng)性以及靈活的測量范圍是新型力敏傳感器所必需的。力敏傳感器有多種傳感器機(jī)制，包括電容傳感[26]，壓電傳感[27]，壓阻傳感[28]和摩擦電傳感[29]等，如圖1.2所示。其中壓阻傳感器可以將壓力變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化，當(dāng)傳感器受到壓力產(chǎn)生形變時(shí)，內(nèi)部的導(dǎo)電填料的性能或分布發(fā)生改變，從而引起整體電阻發(fā)生變化。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單，低耗能，高靈敏度和檢測范圍大等優(yōu)點(diǎn)，得到了越來越多的關(guān)注。傳統(tǒng)的壓阻傳感器主要由金屬材料以及半導(dǎo)體材料制成，由于材料本身的脆性及高模量，無法滿足柔性電子所需的大變形及彎曲狀態(tài)下的測量條件，因此需要研發(fā)具有輕質(zhì)、高靈活性、高靈敏度的柔性壓阻傳感器。圖1.2四種典型轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的示意圖[30]：（a）壓阻；（b）壓電電容；（c）壓電；（d）摩擦電Fig.1.2Schematicillustrationsoffourtypicaltransductionmechanisms:(a)piezoresistive;(b)piezocapacitive;(c)piezoelectric;(d)triboelectric目前的柔性壓阻傳感器研究方向主要分為兩種，一種以具有壓阻效應(yīng)的導(dǎo)電材料為主體，通常以柔性聚合物材料如聚氨酯、聚酯、聚酰亞胺、聚乙烯醇等為基底，填充炭黑、碳納米管、銀納米線等導(dǎo)電填料。這類導(dǎo)電復(fù)合材料制備的傳感器具有良好的柔韌性，根據(jù)導(dǎo)電填料在柔性基質(zhì)內(nèi)的分布特征，復(fù)合導(dǎo)電材料本身具有一定壓阻效應(yīng)。另一種以特殊設(shè)計(jì)的宏觀或微觀結(jié)構(gòu)為主，通過變形時(shí)材料間特殊的接觸模式實(shí)現(xiàn)壓阻效應(yīng)，這類結(jié)構(gòu)的壓阻傳感器的敏感度較高，但由于其復(fù)雜的制造工藝及昂貴的材料，傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域受到了限制。因此，設(shè)計(jì)高靈敏度、低成本、綠色且容易大范圍制造的壓阻傳感器仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

第1章緒論51.3.2碳納米管碳納米管[54,55]是一種一維的納米材料，名稱源自其長而空心的結(jié)構(gòu)，其壁由石墨烯片形成，以特定和離散(“手性”)角卷曲而成。碳納米管按石墨烯片層數(shù)可分為單壁納米管(SWCNT)和多壁納米管(MWCNT)，如圖1.3所示。單壁碳納米管具有較高的化學(xué)惰性，多壁納米管由多個(gè)石墨烯卷曲層(同心管)組成，直徑在幾納米到幾十納米之間，與單壁碳納米管相比，多層結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生缺陷，伴隨有大量的表面基團(tuán)，所以多壁碳納米管化學(xué)性質(zhì)更加活潑。多壁碳納米管的各個(gè)單層自然地對齊由范德華力固定在一起的中心線。碳納米管中碳原子以sp2雜化為主，類似于石墨。這些鍵比烷烴和金剛石中的sp3鍵強(qiáng)，使碳納米管具有高模量和高強(qiáng)度。碳納米管的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于石墨片的蜷曲，超高的長徑比使得其作為導(dǎo)電填料形成的復(fù)合材料具有很高的敏感度，在傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。圖1.3單壁和多壁碳納米管Fig.1.3SchematicdiagramofSWCNTandMWCNT1.3.3石墨烯石墨烯[56,57]由碳原子的二維陣列組成，每個(gè)碳原子有4個(gè)價(jià)電子，碳原子通過sp2鍵共價(jià)連接以產(chǎn)生蜂窩狀薄片，剩下一個(gè)位于pz軌道上的未成鍵電子，近鄰原子的pz軌道與平面成垂直方向可形成π鍵，電子的運(yùn)動(dòng)被約束在這個(gè)平面上，在晶格中的移動(dòng)基本上是不受阻力的，因此石墨烯顯示出高遷移率，高導(dǎo)電性。其他碳材料可以被認(rèn)為是由單層的石墨烯構(gòu)成的，所以研究石墨烯的性質(zhì)也可以對其他材料的研究產(chǎn)生啟發(fā)。由于其高質(zhì)量的晶體結(jié)構(gòu)，石墨烯被認(rèn)為是強(qiáng)度最高的材料之一，具備很好的韌性。作為嚴(yán)格的二維材料，所有石墨烯原子


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