近年來,隨著智能化進程的發(fā)展,柔性可穿戴設備及傳感裝置有了越來越多的研究。但是,柔性環(huán)境下的信號采集與處理存在信號采集分辨率較低、環(huán)境適應性差、信息流狹窄等缺陷。為了提高傳感系統(tǒng)的靈活性與傳感性能,利用自供電壓電納米發(fā)電機進行了高分辨率陣列信號傳感與人機交互中姿態(tài)跟蹤,探究了電極信號的干擾機制與校正措施。利用高壓靜電紡絲技術(shù)制備了聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電納米發(fā)電機,分析了PVDF薄膜的壓電效應及傳感原理、熱釋電效應及傳感原理,建立了傳感器有限元模型及等效電路模型。以聚酰亞胺薄膜制備的柔性板為接觸層,實現(xiàn)了多位點信號傳感。進行納米發(fā)電機壓電和熱電特性分析,得到了傳感器線性工作區(qū)與極限工作狀態(tài)。通過建立的壓電/熱電信號之間的映射關系,可以從復合信號中有效提取壓電分量和熱電分量。通過對信號響應期與恢復期的分析,實現(xiàn)對復合信號的校正與解耦。進行了傳感器電極的同步性與信號干擾測試,分析了傳感器結(jié)構(gòu)引起的傳感誤差。制備的PVDF柔性多位點觸覺/熱覺傳感器可以將外部壓力/熱輻射刺激映射為輸出電壓/電流信號,并在三維界面上動態(tài)觀察響應分布,實現(xiàn)了圖像感知與動態(tài)目標跟蹤,同時記錄被跟蹤目標的二維運動... 

【文章來源】：青島大學山東省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【圖文】：

納米發(fā)電機的應用

極表面的電荷恢復正常[35,36]。通過敷設在壓電材料頂部和底部的兩個電極，利用壓電效應極化電荷和產(chǎn)生隨時間變化的電場來驅(qū)動電子在外電路中流動，可以實現(xiàn)微能量的供給與電信號的監(jiān)測[37]。2006年王中林首次提出利用豎直結(jié)構(gòu)的氧化鋅納米線來制備壓電式納米發(fā)電機，這一款壓電納米發(fā)電機較為簡單，但是有開創(chuàng)性的突破。在最近的幾年里，壓電納米發(fā)電機被廣泛的研究應用，在發(fā)電效率上有顯著提高，同時在傳感器的應用方面也越來越廣泛。在壓電納米發(fā)電機的研究中，主要是對影響納米發(fā)電機的因素進行性能的改進提高。如圖1-2所示，Hu等人探究了在不同的壓電矩陣中，鐵電和壓電特性對輸出特性有重要的影響。不同的表面形態(tài)、不同的化學摻雜、不同的基底等，都對輸出性能產(chǎn)生一定的影響，也是改善納米發(fā)電機性能的重要途徑[38-41]。復合材料增強輸出功率，并提高能量收集和自供電感應的靈活性復合薄膜材料不同壓電陣列鐵電和壓電特性對輸出性能的重要作用不同表面形態(tài)形態(tài)導致性能輸出的差異更換基板提高性能輸出和柔性的合適基材化學摻雜化學摻雜改變壓電晶體的應力和應變圖1-2壓電納米發(fā)電機性能影響因素3

青島大學碩士學位論文1.2.2柔性動態(tài)傳感及應用隨著智能化水平的提高，智能傳感器技術(shù)越來越多的應用于可穿戴設備及智能化產(chǎn)品中[42]。為了模擬皮膚感應的機械和熱刺激功能，多功能傳感器具有更大的應用潛力[43]�？衫斓膫鞲衅骷梢栽诖植诘母街锷厦孢M行工作，也可以在光滑的物體表面的工作，這樣的兼容性大大改觀了傳統(tǒng)器件剛性連接方面的局限性。尤其是薄膜系統(tǒng)，由于其低成本和柔韌性，在狀態(tài)監(jiān)測、人機交互和仿生醫(yī)療設備中具有廣泛的應用[44,45]。如圖1-3所示，在人體可穿戴設備中用于心臟監(jiān)測[46]、腰部呼吸傳感裝置[47]、柔性助聽器[48]等人體柔性環(huán)境下的應用[49-51]。聽力輔助手勢感測喉關節(jié)監(jiān)測心臟傳感腰部呼吸傳感器可穿戴自供電裝置圖1-3納米發(fā)電機在柔性智能傳感方面的應用隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器的性能及使用場合也越來越受到人們的關注，開發(fā)靈敏度高的傳感材料在科學界是一個持久的研究方向。納米材料作為一種新興材料，因其優(yōu)良的特性而倍受傳感材料領域的青睞。其中靜電紡絲納米纖維因擁有高比表面積、透氣性好等優(yōu)點而非常適合于用作傳感材料，再加上電紡材料的多樣性和復合性，在傳感器領域取得了很大的成果[52,53]。作為一種聚合物材料，聚偏二氟乙烯（PVDF）在性能上具有很大優(yōu)勢。與常規(guī)的無機材料相比，PVDF的化學穩(wěn)定性高，耐腐蝕性強；彎曲和拉伸性能好，具備一定的柔性；壓電電壓常數(shù)高，對于應力的輸出響應較為明顯，便于傳感系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的采集和分析[54-57]。經(jīng)過靜電紡絲的PVDF納米纖維在高電場下的拉伸過程中會形成β相，可直接用于發(fā)電和傳感，而無需常規(guī)極化。4

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3240344