模擬人體皮膚特性的電子皮膚（E-skin）在可穿戴電子、醫(yī)療監(jiān)控、人工智能等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,是目前最熱門的研究方向之一。由于器件的能源供應(yīng)問題嚴(yán)重制約了電子皮膚的靈活性和可拉伸性,本文開發(fā)設(shè)計了一種以聚丙烯酰胺（PAAm）離子水凝膠為基體的透明柔性自供電電子皮膚,依靠離子水凝膠耦合離子電流和電子電流的能力,能夠同時實現(xiàn)觸覺傳感和能源收集功能,且經(jīng)過硅烷偶聯(lián)強化的界面保證了器件在極端環(huán)境下的性能以及長時間存放后的壽命。其中離子水凝膠采用添加了Li Cl和海藻酸鈉（SA）后的PAAm-SA-Li Cl雜化離子水凝膠,該水凝膠擁有超高的透明度（可見光波段平均透過率89.39%）、優(yōu)秀的機械性能(最大拉伸比λ_c≈14、彈性模量E=15.85 k Pa、斷裂能Γ=687.26 J·m^-2)以及極低的電阻率（0.13Ω·m）;而且還不易失水,在干燥環(huán)境（25℃,RH=20%）下裸露放置3天后質(zhì)量剩余90.8%。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和3M VHB（Very High Bond）彈性膠封裝離子水凝膠后得到的柔性透明的PDMS e-skin和V... 

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 電子皮膚簡介
        1.2.1 電子皮膚的基本特性
        1.2.2 電子皮膚的傳感原理
        1.2.3 自供電電子皮膚
    1.3 水凝膠離子電子學(xué)簡介
        1.3.1 水凝膠離子電子學(xué)概述
        1.3.2 水凝膠離子電子學(xué)材料
        1.3.3 基于水凝膠的離子電子學(xué)器件
    1.4 水凝膠基摩擦納米發(fā)電機研究現(xiàn)狀
        1.4.1 摩擦納米發(fā)電機的基本原理
        1.4.2 基于水凝膠的摩擦納米發(fā)電機
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 試驗材料、設(shè)備及方法
    2.1 試驗材料
    2.2 試驗設(shè)備
    2.3 試驗方法
        2.3.1 PDMS的制備工藝
        2.3.2 聚丙烯酰胺水凝膠的制備工藝
        2.3.3 電子皮膚基體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建
        2.3.4 PDMS與基體水凝膠連接界面的改善處理
    2.4 試驗表征
        2.4.1 水凝膠的微觀形貌
        2.4.2 紅外光譜分析
        2.4.3 透光度測試
        2.4.4 機械性能測試
        2.4.5 電學(xué)性能測試
        2.4.6 抗失水性能測試
        2.4.7 電子皮膚自供電性能測試
        2.4.8 PDMS與水凝膠的剝離測試
        2.4.9 PDMS表面潤濕角測量
第3章 聚丙烯酰胺離子水凝膠的性能研究
    3.1 引言
    3.2 聚丙烯酰胺水凝膠的交聯(lián)機理及表面形貌
        3.2.1 PAAm-LiCl離子水凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析
        3.2.2 PAAm-SA雜化水凝膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析
        3.2.3 聚丙烯酰胺水凝膠的表面形貌
    3.3 聚丙烯酰胺水凝膠的性能研究
        3.3.1 交聯(lián)劑加入量對聚丙烯酰胺水凝膠性能的影響
        3.3.2 離子濃度對聚丙烯酰胺水凝膠性能的影響
        3.3.3 原料配比對PAAm-SA雜化水凝膠性能的影響
        3.3.4 PAAm-SA-LiCl雜化離子水凝膠的性能
    3.4 聚丙烯酰胺水凝膠的失水特性
    3.5 本章小結(jié)
第4章 自供電電子皮膚的構(gòu)建及性能表征
    4.1 引言
    4.2 電子皮膚基體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建
        4.2.1 電子皮膚的基體結(jié)構(gòu)
        4.2.2 水凝膠-彈性體結(jié)構(gòu)的基本性能
    4.3 電子皮膚的自供電性能
        4.3.1 電子皮膚的自供電原理
        4.3.2 VHB e-skin的 TENG輸出特性
        4.3.3 PDMS e-skin的 TENG輸出特性
    4.4 電子皮膚的循環(huán)耐用性
        4.4.1 VHB e-skin的循環(huán)輸出特性
        4.4.2 PDMS e-skin的循環(huán)輸出特性
    4.5 電子皮膚的傳感特性
        4.5.1 水凝膠-彈性體結(jié)構(gòu)的電阻式應(yīng)變傳感
        4.5.2 水凝膠-彈性體結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感
        4.5.3 基于TENG輸出的電壓式壓力傳感
    4.6 本章小結(jié)
第5章 自供電電子皮膚的性能優(yōu)化及結(jié)構(gòu)改進
    5.1 引言
    5.2 單電極水凝膠基TENG輸出特性的影響因素調(diào)研
        5.2.1 結(jié)構(gòu)基本尺寸對單電極TENG輸出性能的影響
        5.2.2 工作環(huán)境對水凝膠基TENG輸出性能的影響
    5.3 氧等離子體處理對水凝膠與彈性體界面的強化
    5.4 水凝膠與彈性體界面的功能性硅烷偶聯(lián)處理
        5.4.1 PDMS的表面硅烷修飾
        5.4.2 界面強化后對電子皮膚性能的改善
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其他成果
致謝



本文編號：3659242