【摘要】：隨著電子科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,多樣化的便捷電子產(chǎn)品層出不窮。其中,結(jié)合柔性基底的可穿戴電子產(chǎn)品在醫(yī)療監(jiān)測、運(yùn)動康復(fù)、通信娛樂等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)電子,可穿戴電子具有更大的靈活性,能夠在一定程度上適應(yīng)不同的工作環(huán)境,滿足人們對于設(shè)備的形變要求。當(dāng)前,電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)可穿戴的關(guān)鍵是能源供給裝置的智能柔性化。如能發(fā)展柔性、輕質(zhì)、便捷的能源轉(zhuǎn)換或存儲裝置,并將之與柔性傳感器結(jié)合,組裝成自主供能、儲能及傳感一體的智能設(shè)備,必將極大擴(kuò)展可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)織物具有極佳的可穿戴性能,具有作為柔性器件襯底材料的潛力,然而粗糙的表面結(jié)構(gòu)限制了其在可穿戴電子方面的應(yīng)用。因此,如何將傳統(tǒng)織物與現(xiàn)代電子技術(shù)結(jié)合,開發(fā)兼具可穿戴性和能量供給/生理傳感特性的可穿戴元件,是目前這一領(lǐng)域急需解決的問題。本研究針對以上問題,以蠶絲織物作為襯底材料,瞄準(zhǔn)可穿戴應(yīng)用領(lǐng)域的需求,開展了以下三方面的研究工作:1.用于人體體表散失熱量收集的蠶絲織物可穿戴熱電發(fā)電器件在本研究中,我們在蠶絲纖維基底上構(gòu)建了利用人體表面散失的熱量進(jìn)行發(fā)電的可穿戴熱電發(fā)電機(jī)。通過水熱法成功合成了納米結(jié)構(gòu)的Bi2Te3和Sb2Te3,并將其修飾在蠶絲織物的兩面以組成熱電發(fā)電陣列的P型和N型熱電材料。通過銀漿的依次連接,組成了以12對熱電偶為原型的熱電發(fā)電機(jī)。實(shí)驗(yàn)測試了重復(fù)彎曲和扭曲對器件性能的影響。同時(shí),在研究中,對以蠶絲為基底的熱電發(fā)電機(jī)進(jìn)行圖案化設(shè)計(jì),并對器件在實(shí)際應(yīng)用中對人體熱量的轉(zhuǎn)化進(jìn)行了展示。2.基于單層織物基底的全印刷柔性超級電容器我們選擇蠶絲織物作為基底材料構(gòu)建了具有高性能、超柔韌和較好機(jī)械穩(wěn)定性能的全印刷單基底的超級電容器。集流體和活性材料層通過絲網(wǎng)印刷的方法分別修飾在蠶絲織物基底和聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上。從傳統(tǒng)的夾心型超級電容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到啟發(fā),在電極上涂布固態(tài)電解質(zhì)后,將PDMS基底上的電極材料全部轉(zhuǎn)移到蠶絲織物基底上,形成了以單層蠶絲織物為基底的超級電容器。研究中,采用數(shù)碼照片和場發(fā)射電子顯微鏡對器件的構(gòu)建過程進(jìn)行了表征。利用循環(huán)伏安曲線、恒電流充放電測試及電化學(xué)阻抗譜圖測試了器件的電化學(xué)性能。同時(shí),對器件的機(jī)械穩(wěn)定性能和織物基底美學(xué)設(shè)計(jì)的全印刷技術(shù)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)組裝的超級電容器器件在可穿戴領(lǐng)域顯示了良好的柔韌性能。3.Parafilm?用于圖案化制備織物基底壓力傳感器柔性壓力傳感器可用于檢測人體生理信號,例如呼吸頻率和脈搏等。因此,迫切需要開發(fā)一種簡單、低成本方法構(gòu)建基于織物基底的圖案化壓力傳感器。在本工作中,切割和熱熔Parafilm?技術(shù)被用于將兩片銀納米線修飾的蠶絲織物結(jié)合,構(gòu)建基于織物的壓力傳感器件。通過簡單方法切割Parafilm?,實(shí)現(xiàn)了圖案化設(shè)計(jì);通過熱熔圖案化Parafilm?,實(shí)現(xiàn)了上下層織物的粘合固定。研究發(fā)現(xiàn),調(diào)節(jié)熔化溫度可顯著改變兩個(gè)織物電極間的距離,進(jìn)而影響器件的壓力感應(yīng)性能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化發(fā)現(xiàn),在100°C條件下融化組裝的器件具有最佳性能。本方法制備的器件具有高靈敏度、快速反應(yīng)時(shí)間以及優(yōu)異的穩(wěn)定性能(超過500次按壓/釋放循環(huán))。這項(xiàng)工作展示了壓力傳感器在人體運(yùn)動過程及生理信號監(jiān)測中的潛在應(yīng)用,同時(shí)提供了一種簡單、低成本的方法,用于構(gòu)建基于織物的壓力傳感器。本研究的成功可望為織物可穿戴電子元件的生產(chǎn)引入新方法,并進(jìn)一步擴(kuò)大了蠶絲織物的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS106;TP212

【參考文獻(xiàn)】

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7 王曉麗;劉詠梅;;可穿戴式設(shè)備的類別分析及發(fā)展趨勢[J];國際紡織導(dǎo)報(bào);2015年05期

8 謝俊祥;張琳;;智能可穿戴設(shè)備及其應(yīng)用[J];中國醫(yī)療器械信息;2015年03期

9 李丹;劉玉榮;林保平;孫瑩;楊洪;張雪勤;;超級電容器用石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2015年04期

10 趙立東;張德培;趙勇;;熱電能源材料研究進(jìn)展[J];西華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年01期

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3 李飛;絲網(wǎng)印刷工藝與參數(shù)研究[D];江南大學(xué);2007年

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本文編號：2544145