近年來,可穿戴電子產(chǎn)品迅速興起,因其展現(xiàn)在醫(yī)療健康、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等領(lǐng)域的巨大的應(yīng)用價(jià)值與市場(chǎng)前景而成為研究的熱點(diǎn),但通過簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的方法獲得兼具高靈敏度與寬感應(yīng)范圍的柔性傳感器仍面臨巨大挑戰(zhàn)。本課題以天然絲綢為原料,通過脫膠處理與高溫碳化工藝得到具有一定導(dǎo)電性的碳布（carbonized silk fabric:CSF）;并將其與彈性基體（PDMS）進(jìn)行復(fù)合獲得高靈敏度、寬響應(yīng)范圍的柔性應(yīng)變傳感器（CSF@PDMS）;進(jìn)一步,研究了蠶絲基織物的編織結(jié)構(gòu)對(duì)傳感性能的影響,以探究傳感機(jī)制;最后將制備所得的傳感器成功應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè),并嘗試制備出了柔性觸控鍵盤中。主要結(jié)論如下:（1）探究了蠶絲脫膠處理對(duì)傳感性能的影響。主要研究了溫度、處理時(shí)間、試劑種類對(duì)傳感性能的影響,發(fā)現(xiàn)溫度過高與處理時(shí)間過長(zhǎng)均會(huì)導(dǎo)致絲素蛋白的結(jié)構(gòu)被破壞;其中,經(jīng)8M尿素80℃恒溫處理3h時(shí),脫膠率為10.49%,CSF平均電阻為107.4Ω,采用拉曼光譜進(jìn)一步驗(yàn)證表明其具備更加完善的六元環(huán)結(jié)構(gòu);與PDMS封裝復(fù)合后,所得柔性傳感器在0-150%的感應(yīng)范圍下靈敏度為160.87。研究結(jié)果表明合適的脫膠處理工藝,有利于碳化絲綢向... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

柔性傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文蠶絲織物基柔性應(yīng)變傳感器的制備與研究2表1近年來已公開部分柔性傳感器的性能對(duì)比1.2柔性傳感設(shè)備的傳感機(jī)理柔性傳感器是將外部刺激轉(zhuǎn)換為電學(xué)性能改變的裝置，了解其傳感機(jī)理對(duì)研究柔性傳感具有重大意義，主要可以將其概括為以下四種：壓阻式[7-8]、電容式、壓電式以及摩擦生電式，傳感機(jī)理圖如1-2所示[9]。圖1-2傳感機(jī)理示意圖[9](a)壓阻式；(b)電容式；(c)壓電式；(d)摩擦發(fā)電式感應(yīng)材料基體材料靈敏度變形范圍文獻(xiàn)AgMFsPU173.660-3%[13]AgNWsPDMS84.60-5%[14]AgPU纖維4500-200%[22]CBPDMS0.910-100%[21]CBPDMS5.520-91%[42]CBPU390-60%[48]GrephenePDMS6730-10%[25]GrepheneTPU纖維氈23.30-50%[50]CNTsPDMS2.90-10%[26]BC/CNTsPU1.570-70%[46]棉布羊毛蠶絲蠶絲PDMSTPUPDMSPDMS2574.834.479.60-60%0-80%0-15%0-250%[57][58][63][66]

東華大學(xué)碩士學(xué)位論文蠶絲織物基柔性應(yīng)變傳感器的制備與研究31.1.1壓阻式壓阻式柔性傳感器是一種將外部刺激如壓力、拉力等轉(zhuǎn)換為感應(yīng)材料的阻值變化從而以電信號(hào)的形式輸出的裝置。當(dāng)傳感器受到拉伸或壓縮時(shí)，其內(nèi)部導(dǎo)電材料沿力的方向變形產(chǎn)生裂紋、分散，從而形成斷路增大電阻，因此，感應(yīng)材料的選擇與基體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)傳感性能有重要影響。零維結(jié)構(gòu)中，主要是通過將柔性彈性體聚合物如聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)[10]、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)[11]、聚酰亞胺(PI)、硅橡膠[12]和聚氨酯(PU)等與導(dǎo)電粒子復(fù)合，其中包括金屬納米粒子[13-14]、導(dǎo)電聚合物[15-16]和先進(jìn)碳材料[17-20]等進(jìn)行復(fù)合，其電阻變化來源于導(dǎo)電粒子在彈性基體中的相互接觸從而產(chǎn)生傳感效應(yīng)。如鄭[21]等將導(dǎo)電碳材料如碳納米管、炭黑與PDMS混合制備得到柔性傳感器，當(dāng)應(yīng)變范圍在0-100%時(shí)，靈敏度為0.91，形變范圍為100-255%時(shí)，靈敏度上升到3.25，該傳感器可以應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)如手指彎曲、手腕和手肘的運(yùn)動(dòng)模式識(shí)別。一維結(jié)構(gòu)中，將導(dǎo)電粒子沉積在彈性絲線如氨綸表面，形成鞘芯結(jié)構(gòu)用于制備柔性傳感器，當(dāng)氨綸受力發(fā)生變形，導(dǎo)電粒子涂層產(chǎn)生裂紋形成短路從而改變電阻，該結(jié)構(gòu)無(wú)需再次封裝簡(jiǎn)化了制備工藝流程，具有重要價(jià)值[22]。如圖1-3所示，Lei等[23]采用粘彈性較好的放生礦物水凝膠成功制備了一種離子皮膚傳感器，該傳感器對(duì)微小壓力變化即為敏感且具有較強(qiáng)的自我恢復(fù)能力與延展性，可圖1-3仿生礦物水凝膠傳感器模擬人體皮膚感應(yīng)[23]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Facilely prepared layer-by-layer graphene membrane-based pressure sensor with high sensitivity and stability for smart wearable devices[J]. Tao Liu,Caizhen Zhu,Wei Wu,Kai-Ning Liao,Xianjing Gonga,Qijun Sun,Robert K.Y.Li.  Journal of Materials Science & Technology. 2020(10)
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[8]蠶絲脫膠方法的比較分析[J]. 張雨青.  蠶業(yè)科學(xué). 2002(01)

碩士論文
[1]分子量可控的再生家蠶絲素蛋白制備研究[D]. 黃鋒.東華大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3104112