本文關(guān)鍵詞：用于接觸壓力測(cè)量的新型高柔彈性電子皮膚研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電子皮膚(E-skin)是當(dāng)今電子、機(jī)械、儀器和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,直接關(guān)系到機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、人體假肢、可穿戴設(shè)備等載體的智能化和多功能化。本論文針對(duì)目前電子皮膚不能兼顧高柔彈性和接觸壓力測(cè)量功能等難題,基于新型納米材料—銀納米線(AgNWs)、彈性高分子材料PDMS和柔性壓阻材料—壓阻橡膠,綜合應(yīng)用材料科學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、傳感器技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域的理論與方法,開展了用于接觸壓力測(cè)量的新型高柔彈性電子皮膚的研究。本論文主要研究工作及取得的創(chuàng)新性成果如下： (1)提出了利用基于銀納米線和PDMS的復(fù)合材料制作壓阻式壓力傳感器陣列導(dǎo)線和電極從而實(shí)現(xiàn)陣列柔彈性的新方法。研究了基于銀納米線和PDMS的柔彈性導(dǎo)線和電極表面金屬化和氧等離子體處理前后的拉伸性、導(dǎo)電性、可靠性等特性,分析了其在拉伸和使用過程中的微觀表面形貌演變。應(yīng)用電接觸理論,研究了柔彈性電極與壓阻橡膠接觸面磨損及接觸電阻的問題,利用表面工程技術(shù)中的電子束蒸鍍和磁控濺射,分別在柔彈性電極和壓阻材料上形成了一層納米級(jí)厚度的金屬層,在降低并穩(wěn)定接觸電阻的同時(shí)起到了固體潤(rùn)滑的作用,降低了電極磨損。研究成果為電子皮膚的設(shè)計(jì)與制作提供了新的方法和理論依據(jù)。 (2)提出了一種基于“多孔PDMS"與AgNWs/PDMS電極的新型“三明治”式壓力傳感器陣列結(jié)構(gòu),突破了傳統(tǒng)“三明治”結(jié)構(gòu)缺乏柔彈性的限制,使得陣列的彈性拉伸率超越人類皮膚達(dá)到了30%。應(yīng)用納米光刻和多次旋涂技術(shù),完成了SU-8光刻膠模具的制備,實(shí)現(xiàn)了多孔PDMS快速重復(fù)的制作。 (3)研發(fā)了用于接觸壓力測(cè)量的新型高柔彈性電子皮膚。綜合利用彈性薄板理論,有限元設(shè)計(jì)、納米制造和3D打印等方法實(shí)現(xiàn)了電子皮膚的設(shè)計(jì)與制作,對(duì)電子皮膚進(jìn)行了平面和三維加載等實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,電子皮膚具有良好的可靠性和可擴(kuò)展性,能夠貼合載體三維復(fù)雜靜/動(dòng)態(tài)表面測(cè)量接觸壓力,解決了電子皮膚不能兼顧高柔彈性和接觸壓力測(cè)量功能等難題。進(jìn)行了電子皮膚與結(jié)腸鏡的集成應(yīng)用測(cè)試,穿戴電子皮膚的結(jié)腸鏡實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)外壓力的感知,為電子皮膚在醫(yī)療器械和機(jī)器人上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：銀納米線 PDMS 柔彈性 壓阻原理 電子皮膚
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP212
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 1 引言10-12
• 2 課題綜述12-28
• 2.1 電子皮膚的應(yīng)用12-14
• 2.2 電子皮膚的研究現(xiàn)狀14-24
• 2.3 電子皮膚研究存在的問題24-25
• 2.4 課題背景及研究?jī)?nèi)容25-28
• 2.4.1 課題來源25
• 2.4.2 課題研究?jī)?nèi)容25-28
• 3 基于銀納米線和PDMS的柔彈性導(dǎo)線研究28-42
• 3.1 導(dǎo)線的柔彈性化研究28-34
• 3.1.1 導(dǎo)線的柔彈性化策略28-31
• 3.1.2 導(dǎo)線的柔彈性化方案31-34
• 3.2 基于銀納米線和PDMS的柔彈性導(dǎo)線制備34-37
• 3.3 平行導(dǎo)線陣列的性能分析37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 柔性壓力傳感器陣列及傳感器系統(tǒng)的研究42-61
• 4.1 導(dǎo)電橡膠的壓阻效應(yīng)42-45
• 4.2 壓阻式壓力傳感器系統(tǒng)的建立45-51
• 4.2.1 傳感單元的陣列化45-47
• 4.2.2 掃描電路的設(shè)計(jì)47-49
• 4.2.3 系統(tǒng)軟硬件的搭建49-51
• 4.3 柔性壓力傳感器陣列的制備51-54
• 4.3.1 柔性壓力傳感器陣列的設(shè)計(jì)51-52
• 4.3.2 柔性壓力傳感器陣列的制作52-54
• 4.4 柔性壓力傳感器陣列的性能研究54-59
• 4.4.1 導(dǎo)電橡膠的壓阻特性分析54-55
• 4.4.2 柔性傳感器陣列導(dǎo)線的性能分析55-57
• 4.4.3 傳感器陣列標(biāo)定實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建57-58
• 4.4.4 傳感器系統(tǒng)性能分析58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 5 柔性壓力傳感器陣列的彈性化研究61-77
• 5.1 柔性壓力傳感器陣列的彈性化設(shè)計(jì)61-62
• 5.2 SU-8光刻膠模具的制備62-69
• 5.3 柔彈性壓力傳感器陣列的制作69-70
• 5.4 柔彈性壓力傳感器陣列的性能研究70-75
• 5.4.1 柔彈性傳感器陣列導(dǎo)線的性能分析70-72
• 5.4.2 傳感單元的壓阻特性分析72-74
• 5.4.3 傳感器系統(tǒng)性能分析74-75
• 5.5 本章小結(jié)75-77
• 6 用于接觸壓力測(cè)量的高柔彈性電子皮膚的設(shè)計(jì)與性能研究77-118
• 6.1 基于銀納米線和PDMS的電極與壓阻橡膠的電接觸研究77-91
• 6.1.1 柔彈性電極與壓阻材料電接觸問題分析77-81
• 6.1.2 基于表面工程技術(shù)的柔彈性電極制備81-85
• 6.1.3 柔彈性電極的性能分析85-91
• 6.2 高柔彈性電子皮膚的設(shè)計(jì)與制作91-102
• 6.2.1 電子皮膚設(shè)計(jì)中關(guān)鍵問題的研究92-98
• 6.2.2 電子皮膚的制作98-102
• 6.3 高柔彈性電子皮膚的性能研究102-114
• 6.3.1 電子皮膚導(dǎo)線的性能分析102-104
• 6.3.2 電子皮膚傳感單元特性分析104-113
• 6.3.3 電子皮膚系統(tǒng)性能分析113-114
• 6.4 高柔彈性電子皮膚與結(jié)腸鏡的集成研究114-116
• 6.5 本章小結(jié)116-118
• 7 總結(jié)與展望118-122
• 7.1 研究總結(jié)118-119
• 7.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)119
• 7.3 下一步工作展望119-122
• 參考文獻(xiàn)122-136
• 附錄A 微控制器Microcontroller-Parallax BS2p40原理圖136-137
• 作者簡(jiǎn)歷及在學(xué)研究成果137-141
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集141

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 TOK Jeffrey B.-H.;;Recent advances in flexible and stretchable electronics, sensors and power sources[J];Science China(Chemistry);2012年05期

  本文關(guān)鍵詞：用于接觸壓力測(cè)量的新型高柔彈性電子皮膚研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：364514