智能化是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的一個重要方向,而機器觸覺則是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中非常重要的一環(huán),而實現(xiàn)智能化機器觸覺的一個關(guān)鍵技術(shù)——觸覺傳感器技術(shù),是制約其發(fā)展的重要因素。對觸覺信號的感知,既要滿足對高靈敏度的要求,又需要適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用場景。柔性觸覺傳感器在智能制造、醫(yī)療健康、人機交互等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注,但由于在現(xiàn)階段的研究中面臨著諸如傳感器靈敏度低、成本過高、制作工藝復(fù)雜、穩(wěn)定性差等問題,柔性觸覺傳感器在市場化應(yīng)用中仍面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文圍繞柔性電子皮膚面臨的諸多挑戰(zhàn),研究了微納結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料優(yōu)化對柔性電子皮膚的靈敏度和穩(wěn)定性帶來的性能提升。本文首先論述了柔性電子皮膚研究取得的成果和面臨的挑戰(zhàn),闡述了柔性觸覺的傳感的選題背景和研究意義,并且在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上提出了一種具有微納結(jié)構(gòu)的石墨烯納米墻電極和共形復(fù)合介電薄膜的高靈敏電容式觸覺傳感器。隨后對石墨烯電極進行了微觀形貌表征,并研究了電極表面的微納結(jié)構(gòu)對傳感器靈敏度的影響。接著,根據(jù)電容式觸覺傳感器的結(jié)構(gòu)特點,并結(jié)合觸覺傳感器的多功能傳感需求,設(shè)計并制備了與石墨烯納米墻電極表面的微納結(jié)構(gòu)共形的氧化鋅復(fù)合柔性介電層,最終制備了電容式柔性傳感器樣品。... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院)重慶市

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１石墨烯多孔泡沫壓力傳感器??

基于石墨烯材料的力敏和光敏電子皮膚研究??人類皮膚觸覺起著至關(guān)重要的作用，他們利用砂紙為模具，還原氧化石墨烯為導(dǎo)??電材料，設(shè)計出了一種與皮膚結(jié)構(gòu)類似的觸覺傳感器，如圖１．４所示。這種傳感??器仿照了皮膚表皮下層的紋理結(jié)構(gòu)，當(dāng)兩片面對面的電極貼合時，會由于不規(guī)則??的凸起而形成一系列的導(dǎo)電通道，隨著外部壓力的逐漸增大，導(dǎo)電通道的數(shù)量逐??步增多，從而使整個器件的電阻在外界壓力的作用下有了明顯的變化。但是這種??利用還原氧化石墨烯復(fù)合ＰＤＭＳ為電極材料的器件存在較大遲滯等缺點，并且??材料的制作工藝也較為復(fù)雜，難以實現(xiàn)圖形化。??（Ａ＞?（ｂ）ｌ?．．．．．．．Ｚ．．…選瓢??ｆｎ「——１??Ｍｅｒｋｅｌ?ｄｉｓｋ?ａｓ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ａｃｃｅｐｔｏｒ??（Ｄ）．．?，翁?３？：．＇，?＾??ａｂｒａｓｉｖｅ?ｐａｐｅｒ?ＰＤＭＳ?ｃｏａｔｉｎｇ?ＰＤＭＳ?ｐｅｅｌｉｎｇ?ＧＯ?ｃｏａｔｉｎｇ?ＧＯ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｆａｃｅ＊ｔｏ?ｆａｃｅ?ｐａｃｋａｇｅ??ｍｍｍ??圖１．４以砂紙為模具的人類皮膚表皮結(jié)構(gòu)仿生觸覺傳感器??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ａ?ｂｉｏｎｉｃ?ｔａｃｔｉｌｅ?ｓｅｎｓｏｒ?ｏｆ?ｈｕｍａｎ?ｓｋｉｎ?ｅｐｉｄｅｒｍａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｕｓｉｎｇ?ｓａｎｄｐａｐｅｒ?ａｓ??ｍｏｌｄ??壓阻式觸覺傳感器在近年取得了飛速的發(fā)展，這一類傳感器具備制作工藝簡??單，穩(wěn)定性較好，靈敏度較高等優(yōu)點，并且壓阻式觸覺傳感器在實現(xiàn)大面積陣列??傳感器時也有其優(yōu)勢：陣列傳感器中只需要對像素點的電壓或者電流信號進行提??取，隨后進行簡單的計算轉(zhuǎn)換就能得到電阻值。但是壓阻式傳感器的缺點也很明??顯，

移到聚二甲基硅氧烷，并且硅襯底可重復(fù)使用。ＰＤＭＳ??具有透明度高、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點。ＰＤＭＳ和ＧＮＷｓ無可挑剔的??生物相容性保證了電子皮膚可安全適用于人體。更重要的是，ＧＮＷｓ與ＰＤＭＳ的??組合將大大改進在大拉伸和彎曲條件下的機械可靠性。??２．１．１石墨烯納米墻的電學(xué)與力學(xué)性質(zhì)??石墨烯納米墻是由二維的石墨烯進行三維堆疊生長形成的具有三維結(jié)構(gòu)的??石墨烯材料。石墨烯納米墻由于其特殊的結(jié)構(gòu)和特殊的力學(xué)性能和電學(xué)性能，在??眾多的領(lǐng)域內(nèi)都有應(yīng)用。石墨烯納米墻的結(jié)構(gòu)如圖２．】所示ｔ５８］。??圖２．１石墨烯納米墻結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｗａｌｌｓ??１７??


本文編號：3488368