隨著科學技術的發(fā)展,仿生電子器件正在向柔性化、微型化、集成化和多功能化方向發(fā)展,這對于仿生電子器件的結(jié)構(gòu)和性能也提出了更高的要求。為此,急需通過開發(fā)新型的器件結(jié)構(gòu)、新的敏感傳導機制和新的應用領域等來滿足仿生電子器件對高柔性、高性能和多功能化等性能的要求。本文致力于研究具有高性能的柔性電子皮膚和人工視覺感知記憶系統(tǒng),以獲得對于人體皮膚和視覺功能的模擬仿生。本論文主要的研究成果如下:首先,同軸結(jié)構(gòu)的應變傳感器件可有效提高導電纖維的穩(wěn)定性和耐久性。該可拉伸的導電纖維能夠同時感應多種應變刺激,包括拉伸、彎曲、扭曲等,并表現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度（GF～5.326）和極快的響應速度（-20ms）,同時具有良好的性能再現(xiàn)性、穩(wěn)定性和耐久性,在重復拉伸10000次循環(huán)試驗后仍具有高達90%的靈敏度保持率。該線性器件可轉(zhuǎn)移至人體不同部位實時監(jiān)測人體的各種肢體運動和生理信號等信息。另外,通過集成具有十通道電路的電子數(shù)據(jù)手套,能夠通過監(jiān)測手指關節(jié)的運動來識別各種手勢變化。然后,通過制備石墨烯與聚合物納米纖維的復合材料,構(gòu)筑了具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的仿生電子皮膚,實現(xiàn)了類似人體皮膚的功能。另外,通過引入聚合物中空球... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１人體功能的各種仿生電子器件

ｇ?傘＇：／‘腎＝｜??圖１－１人體功能的各種仿生電子器件。（ａ）電子皮膚模擬人體的觸覺功能｜７１；?（ｂ）電??子鼻模擬人體的嗅覺功能｜ｆｉ｜；?（ｃ）電子眼橫擬人體的視覺感知與記憶功能１８１；?（ｄ）人工??喉模擬人體對于聲音的識別能力１９１??基于人體各種感官功能的仿生電子器件是目前仿生學領域的重要發(fā)展方??向。如圖１－１所示，通過仿生傳感器件的結(jié)構(gòu)與功能設計，能夠替代生物體??自身的觸覺、嗅覺、聽覺和視覺等感覺，這就促使了各種仿生器件如電子皮??膚、電子鼻、人工舌、仿生耳、電子蛙眼等［Ｗ］如雨后春筍般出現(xiàn)。東北大學??的薛欣宇研宂團隊［６１通過摩擦電表面耦合效應，開發(fā)出一種可作為新型仿生??電子鼻核心部件的自供電嗅覺電子鼻，可以將人體呼吸或更微小的機械振動??直接轉(zhuǎn)化為與外界氣氛關聯(lián)的嗅覺仿生脈沖電信號。仿生電子皮膚可用來模??擬人體皮膚的各項功能，實現(xiàn)對溫度、壓力等環(huán)境刺激的響應。來自韓國首??爾崇實大學的Ｄｏ?Ｈｗａｎ?Ｋｉｍ等人［１Ｑ］創(chuàng)造了一種電子皮膚材料，不僅對溫度和??壓力，還能以模仿味覺或嗅覺的方式對化學刺激進行反應，被稱為“電子嗅覺??皮膚”。這種具有柔性和彈性的薄膜就像真的皮膚一樣可任意的折疊、扭曲和??拉伸

通過改變微結(jié)構(gòu)的各種參數(shù)還能夠用來調(diào)控柔性器件的靈敏度，這??種能力可歸功于微結(jié)構(gòu)的ＰＤＭＳ層和有機半導體之間空隙的提高引起了介電??常數(shù)的降低。如圖１－２所示，這種性能增強的壓力傳感器能夠精確掃描靜態(tài)??壓力的分布，有效完成高精度、連續(xù)的橈動脈脈搏波實時檢測能力。??超輕薄電子皮膚的制備是柔性電子器件發(fā)展的一個重要方向。超薄的基??底結(jié)構(gòu)能夠賦予電子皮膚更優(yōu)異的柔初性、粘合性和超輕薄等特征，有利于??加強電子皮膚器件的柔性彎折度、降低結(jié)構(gòu)層間應力與分層現(xiàn)象、降低制作??成本，最重要的是，能夠結(jié)合柔性電子的印刷技術實現(xiàn)大規(guī)模的集成化生產(chǎn)??如圖１－３所示，不同類型的超輕薄電子皮膚器件展現(xiàn)了超輕薄結(jié)構(gòu)的設??計與工藝可行性，也證明了在超輕薄基底上的大規(guī)模功能化集成能力［４３４６］。??韓國延世大學的Ｊｏｎｇ－Ｈｙｕｎ?Ａｈｎ課題組［４３］制備了一種基于Ｍ０Ｓ２的超薄透明??的觸覺傳感器陣列用于電子皮膚，整個器件單元的厚度低于７５?ｎｍ，該電子??皮膚還表現(xiàn)出了優(yōu)良的力學柔軔性和優(yōu)異的觸覺檢測能力（ＧＦ？２３０）。日本??東京大學的Ｔａｋａｏ?Ｓｏｍｅｙａ課題組通過直接在人體皮膚上打印可穿戴的電??路首次實現(xiàn)了無基底制備超輕薄可拉伸的電子器件，在人體的健康監(jiān)測與人??機接口領域具有極大的應用潛力。為了提高信噪比、響應速度和空間分辨率

【參考文獻】：
期刊論文
[1]靜電紡絲法制備納米線陣列及其在電子與光電子領域中的應用（英文）[J]. 鄭志,甘霖,翟天佑.  Science China Materials. 2016(03)



本文編號：2961597