發(fā)布時(shí)間：2021-11-26 00:27

　　在新興的可穿戴電子器件領(lǐng)域,柔性可穿戴力學(xué)傳感器由于具有模擬人體皮膚將外界力學(xué)刺激轉(zhuǎn)換為可處理的電學(xué)信號(hào)的功能,日益受到人們的廣泛關(guān)注,并在移動(dòng)醫(yī)療監(jiān)控、人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、軟機(jī)器人和人機(jī)交互等領(lǐng)域呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。智能可穿戴器件需要直接與人體的皮膚接觸,顯然人們?nèi)粘４┲募徔椘肥侵悄芸纱┐髌骷淖罴旬a(chǎn)品形式和載體。近年來(lái),針對(duì)用于監(jiān)測(cè)個(gè)人健康信號(hào)和環(huán)境變化的需求,急需對(duì)傳感材料以及器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)可穿戴傳感器的高靈敏、快速響應(yīng)、寬量程和復(fù)雜信號(hào)檢測(cè)。紡織品是由無(wú)數(shù)細(xì)長(zhǎng)纖維和紗線組成的三維多孔網(wǎng)狀交織結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其易于負(fù)載各種功能納米材料,目前的常用方法是將碳納米管、石墨烯、金屬納米顆粒和納米線等導(dǎo)電納米材料涂覆或嵌入到紡織纖維基體內(nèi)以實(shí)現(xiàn)纖維功能化,從而在紡織品載體上構(gòu)建高性能的可穿戴傳感器。靜電紡納米纖維兼具納米材料與纖維材料的雙重優(yōu)點(diǎn),因具有尺度極細(xì)、比表面積大、結(jié)構(gòu)可控和易于摻雜功能改性等優(yōu)良特性,已經(jīng)作為一種理想材料廣泛應(yīng)用于柔性傳感器、電子皮膚、光電器件以及能量收集與儲(chǔ)存等智能可穿戴領(lǐng)域。本文立足于納米纖維與紡織品在材料性能和結(jié)構(gòu)工程上的顯著優(yōu)勢(shì),以彈性多... 

【文章來(lái)源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

用于監(jiān)測(cè)人體活動(dòng)和個(gè)人健康的柔性可穿戴力學(xué)傳感器[11]

系列基于納米纖維膜、紗線和織物的可穿戴多模式力學(xué)傳感器，主要研究了傳感器對(duì)不同力學(xué)刺激包括壓力、拉伸和彎曲和環(huán)境刺激如溫度的傳感性能，初步探索了其應(yīng)用于可穿戴人體健康監(jiān)測(cè)、復(fù)雜環(huán)境監(jiān)測(cè)以及智能紡織品等領(lǐng)域的可行性。1.2柔性力學(xué)傳感器的研究1.2.1柔性力學(xué)傳感器的分類柔性力學(xué)傳感器是一類能夠感知外部力學(xué)刺激，如壓力、拉伸、振動(dòng)、彎曲和剪切等，并能將力學(xué)信號(hào)或者機(jī)械變形轉(zhuǎn)化成可讀的電信號(hào)，具有良好的柔韌性的電子器件[38,39]。柔性力學(xué)傳感器一般由力學(xué)傳感元件和電信號(hào)輸出電極構(gòu)成[11,40]。如圖1-2所示，目前柔性力學(xué)傳感器的傳感機(jī)理主要分為壓電式、摩擦電式、電容式和電阻式四類[39]。圖1-2（a）壓電式、（b）摩擦電式、（c）電容式和（d）電阻式柔性力學(xué)傳感器的傳感機(jī)理Figure1-2Sensingmechanismsof(a)piezoelectric,(b)triboelectric,(c)capacitiveand(d)resistiveflexiblemechanicalsensors.柔性力學(xué)傳感器因具有高靈敏度以及良好的柔韌性和可穿戴性等諸多優(yōu)良特性，在個(gè)性化健康和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互和智能機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，柔性壓力傳感器可以用于人體健康信號(hào)監(jiān)測(cè)、聲音振動(dòng)監(jiān)測(cè)以及空間應(yīng)力分布識(shí)別等[31,41]；而可拉伸的柔性應(yīng)變傳感器可以集成到衣服上或直接貼附于皮膚表面用于監(jiān)測(cè)從心跳和呼吸等細(xì)微的生理信號(hào)到人體腕關(guān)節(jié)彎曲等劇烈運(yùn)動(dòng)的全范圍人體活動(dòng)[27,42,43]；此

江南大學(xué)博士學(xué)位論文4微裂紋的擴(kuò)展，導(dǎo)致導(dǎo)電納米材料之間的導(dǎo)電通路減少和接觸電阻顯著增加[27,60]。在應(yīng)變作用下，導(dǎo)電納米材料的分離或滑動(dòng)導(dǎo)致納米材料本身僅產(chǎn)生較小的應(yīng)變，在這種情況下由前兩種機(jī)制引起的電阻變化相對(duì)較小，則由后兩種機(jī)制引起的電阻變化占主導(dǎo)地位。圖1-3基于重疊RGO片結(jié)構(gòu)的“魚(yú)鱗”式柔性應(yīng)變傳感器（a）掃描電鏡圖像；（b）分別在0%（左）和50%應(yīng)變（右）時(shí)的電鏡圖像以及應(yīng)變傳感機(jī)理示意圖；（c）典型的相對(duì)電阻-應(yīng)變曲線；（d）檢測(cè)手指彎曲時(shí)的相對(duì)電阻響應(yīng)[61]Figure1-3Thefish-scale-like(FSG)strainsensorbasedonoverlappedrGOsheetsstructure.(a)Scanningelectronmicroscopy(SEM)image.(b)SEMimagesat0%strain(left)and50%strain(right),respectively.Schematicillustrationofstrainsensingmechanism.(c)Typicalrelativeresistance–straincurves.(d)Relativeresistanceresponsesindetectingfingerbending.在應(yīng)變傳感器上負(fù)載拉伸應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)電納米材料之間滑動(dòng)或斷開(kāi)，從而減小導(dǎo)電納米材料之間的接觸面積，導(dǎo)致電阻增加。目前已經(jīng)研發(fā)出許多基于斷開(kāi)機(jī)理的高靈敏應(yīng)變傳感器。其中基于二維石墨烯納米片和一維銀納米線（AgNWs）導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)變傳感器以其高GF和可調(diào)的靈敏度得到了廣泛的研究[27,62]。如圖1-3所示，清華大學(xué)Liu[61]等人創(chuàng)造性地提出了一種基于石墨烯的“魚(yú)鱗”式應(yīng)變傳感器，這種基于斷開(kāi)機(jī)制的微結(jié)構(gòu)是由還原氧化石墨烯（RGO）薄片和彈性基體組成的復(fù)合膜而得到。負(fù)載拉伸應(yīng)變前，上層的RGO片與下層的重疊，就像魚(yú)鱗一樣。負(fù)載拉伸應(yīng)變后，相鄰RGO切片的重疊區(qū)域發(fā)生變化，導(dǎo)致其接觸電阻發(fā)生變化。這種特殊的“魚(yú)鱗”式微結(jié)構(gòu)賦予該應(yīng)變傳感器很大的應(yīng)變傳感范圍（高達(dá)82%的應(yīng)?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]柔性可穿戴電子傳感器研究進(jìn)展[J]. 錢鑫,蘇萌,李風(fēng)煜,宋延林.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2016(07)

博士論文
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碩士論文
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[3]染料敏化太陽(yáng)能電池織物對(duì)電極的制備及性能研究[D]. 李梅霞.武漢紡織大學(xué) 2015
[4]溶劑對(duì)EDOT液相沉降聚合制備導(dǎo)電PEDOT/PI復(fù)合膜的影響及PEDOT/PI膜電化學(xué)鍍銅的研究[D]. 王炯.華南理工大學(xué) 2015
[5]基于壓力脈搏波的心血管疾病的診斷[D]. 袁濤.燕山大學(xué) 2013
[6]新型聚（3，4-乙烯二氧噻吩）復(fù)合物的制備及其在抗靜電涂料中的應(yīng)用[D]. 王興平.東華大學(xué) 2013
[7]聚酯類纖維織物的表面改性及化學(xué)鍍的工藝研究[D]. 杜寧.北京化工大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3519073