隨著大數(shù)據(jù)和可穿戴智能終端近些年快速地發(fā)展,傳感器作為其核心器件之一,正被廣泛應(yīng)用于電子皮膚、智能機(jī)器人和功能化器件上,逐漸對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)療保健業(yè)、餐飲業(yè)和農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生沖擊。基于柔性電子傳感器感知功能優(yōu)異（力學(xué)、溫度、心率、血壓等）、生物相容性好、輕薄低功耗等優(yōu)點(diǎn),使其成為近年來電子行業(yè)和相關(guān)科研領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。柔性溫度傳感器在柔性電子領(lǐng)域的相關(guān)研究較少,如何在具有高拉伸性和應(yīng)變適應(yīng)性的有機(jī)聚合物材料中導(dǎo)入溫度敏感材料,使其可以具備傳統(tǒng)溫度傳感器的溫敏性能,是目前柔性溫度傳感器研究亟需解決的關(guān)鍵問題。本文提出了兩種新型的柔性溫度傳感器,并分別對(duì)這兩種傳感器系統(tǒng)地進(jìn)行了理論模型的解釋、制備工藝的介紹和傳感器溫敏性能、相關(guān)應(yīng)用等方面的研究。本論文的具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）基于PVA柔性溫度傳感器的實(shí)驗(yàn)研究。選擇MWCNT作為主要的填充材料,通過摻入不同的NTC熱敏電阻材料(CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）)、SnO₂、CoO、MnO),改變MWCNT/NTC材料的質(zhì)量比例,并將PVA作為基底材料,通過溶... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

柔性傳感器應(yīng)用場(chǎng)景先進(jìn)的柔性人造皮膚可以與柔軟、可彎曲和動(dòng)態(tài)變形的人體皮膚進(jìn)行無(wú)縫接觸[4]，能夠?qū)⑷嗽炱つw附著在人體表面，通過皮膚表面汗液體內(nèi)的化學(xué)成分和活動(dòng)

第一章緒論5在碳納米管柔性溫度傳感器發(fā)展領(lǐng)域，韓國(guó)高麗大學(xué)的JuHyunOh等人[29]利用生物微結(jié)構(gòu)膠制作一種皮膚溫度傳感器，這種電阻式傳感器是聚N-異丙基丙烯酰胺/3，4-乙烯二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸鹽/碳納米管（pNIPAM/PEDOT∶PSS/CNT）的復(fù)合材料填充至一種仿章魚的微結(jié)構(gòu)膠粘劑中而制作而成的，如圖1-2(a)所示。該傳感器在25~40℃表現(xiàn)出極高的靈敏性，可以感知0.5℃的微小變化，靈敏度為2.6%℃-1，同時(shí)可以反復(fù)彎曲并長(zhǎng)時(shí)間地貼附在人體的皮膚上。意大利比薩大學(xué)的GMatzeu等人[30]將分散在氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物（SEBS）溶液中的多壁碳納米管（MWCNT）滴注在聚酰亞胺（PI）支撐的金電極上，制作出一種MWCNTs/SEBS三嵌段共聚物復(fù)合材料的溫度傳感器，這種傳感器在20~60℃表現(xiàn)出優(yōu)良的電阻響應(yīng)性能，可以用于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)患者的慢性傷口，如圖1-2(b)所示。日本大版府立大學(xué)的SHrada等人[31]利用可打印納米復(fù)合油墨技術(shù)制作出一種多功能的人工電子胡須，其可以感知溫度和壓力，具有高靈敏度、多功能和大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。其中溫度傳感器是將導(dǎo)電PEDOT∶PSS和CNT以10∶1的質(zhì)量比例混合，在塑料表面打印出3μm厚的PEDOT∶PSS-CNT薄膜，然后使用激光切割工具蝕刻PEDOT:PSS-CNT薄膜使其圖形化，形成晶須結(jié)構(gòu)。該傳感器在25.8~53.2℃的范圍表現(xiàn)出優(yōu)良的電阻變化，靈敏度為0.63%℃-1，如圖1-2(c)、(d)所示。圖1-2碳納米管柔性溫度傳感器。(a)pNIPAM/PEDOT∶PSS/CNT溫度傳感器結(jié)構(gòu)；(b)MWCNTs/SEBS溫度傳感器電阻變化率-溫度曲線；(c)PEDOT∶PSS/CNT溫度傳感器結(jié)構(gòu)；(d)PEDOT∶PSS/CNT溫度傳感器電阻變化率-溫度曲線

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6在石墨烯柔性溫度傳感器發(fā)展領(lǐng)域，合肥工業(yè)大學(xué)的田敏等人[32]設(shè)計(jì)了一種基于石墨烯的機(jī)器人用柔性溫度傳感器，用于機(jī)械手臂抓取物體時(shí)的溫度感知和接近感知。該傳感器在10~60℃溫度區(qū)間的電阻基本呈線性變化，線性度高達(dá)99.60%。成均館大學(xué)的DongHaeHo等人[33]開發(fā)出一種透明、可拉伸的全石墨烯多功能的電子皮膚傳感器矩陣，如圖1-3(a)所示。該傳感器不僅在0~100℃的范圍內(nèi)有良好的靈敏性，在濕度和壓力響應(yīng)上也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。TranQuangTrung等人[34]選擇石墨烯/聚偏二氟乙烯（R-GO/P（VDF-TrFE））納米復(fù)合材料，采用溫度響應(yīng)層的場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，研制出了一種透明、可流動(dòng)的溫度傳感器。這種傳感器能夠檢測(cè)到極微小的溫度變化，小到0.1℃，并且對(duì)人體的溫度響應(yīng)非�？�，如圖1-3(b)所示。并且這種傳感器在復(fù)雜的環(huán)境條件下具有較高的熱響應(yīng)性、穩(wěn)定性和可重復(fù)性。同時(shí)P（VDF-TrFE）疏水層最小化了極性溶劑、水分或水蒸氣對(duì)傳感器傳感能力的影響，使得制造高穩(wěn)定性、高靈敏度、高流動(dòng)性和透明的熱場(chǎng)效應(yīng)晶體管傳感器成為可能。Yang等人[35]采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）和聚合物輔助轉(zhuǎn)移技術(shù)，研制出一種簡(jiǎn)單的基于石墨烯/聚二甲基硅氧烷(GNWs/PDMS)的可穿戴溫度傳感器，如圖1-3(c)、(d)所示。其熱響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的溫度傳感器。該傳感器的電阻溫度系數(shù)（TCR）系數(shù)高達(dá)0.214℃-1，是傳統(tǒng)溫度傳感器的三倍。圖1-3石墨烯柔性溫度傳感器。(a)全石墨烯電子皮膚電阻變化-溫度曲線；(b)R-GO/P（VDF-TrFE）溫度傳感器電壓/電流變化-溫度曲線；(c)GNWs/PDMS溫度傳感器結(jié)構(gòu)；(d)GNWs/PDMS溫度傳感器電阻/電壓變化-溫度曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]PDMS基柔性溫度傳感器的溫敏性能研究[J]. 吳林輝,葉雙莉.  現(xiàn)代化工. 2019(05)
[2]NTC熱敏電阻的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 賀曉金,張晉敏.  電子技術(shù)與軟件工程. 2016(10)
[3]溫度報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作[J]. 錢小君.  物理通報(bào). 2010(06)
[4]智能柔性傳感器的應(yīng)用及其發(fā)展前景[J]. 劉敏,莊勤亮.  紡織科技進(jìn)展. 2009(01)
[5]導(dǎo)電復(fù)合材料的兩種現(xiàn)象的解釋[J]. 李宏建,潘勇,何英旋.  湘潭大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào). 1996(04)

碩士論文
[1]基于石墨烯的機(jī)器人用柔性溫度傳感器的研究[D]. 田敏.合肥工業(yè)大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3268343