電子皮膚可模仿人體皮膚對外界環(huán)境(包括對壓力、溫度及化學等刺激)的感知,因而可廣泛應用于人工智能和醫(yī)學診斷等領域。盡管近年來電子皮膚研究取得了長足進展,但仍然還存在感應材料的響應靈敏度不足、穩(wěn)定性和抗干擾能力較差及感應的范圍窄等諸多問題,這些限制了其實際應用。要解決以上問題,選用具有優(yōu)異性能的活性材料和設計合理的器件結構是關鍵。石墨烯,因其優(yōu)越的導電性、可彎曲性以及良好的化學可修飾性能成為制造高性能柔性傳感器最常用的活性材料之一。然而,由于石墨烯本身無彈性,化學結構單一,因而在構筑柔性器件時,往往需要與柔軟,結構豐富的高分子進行復合,同時又能盡量保持其本身性能。因此,研發(fā)出有效的方法將碳基材料與高分子有效復合,對開發(fā)出高性能柔性可穿戴器件至關重要。在本文作者開發(fā)新型高分子-碳材料的納米仿生異質結結構與非對稱復合結構來構筑電子皮膚。完成的主要工作如下:(1)通過仿生原理,合成石墨烯-聚多巴胺納米異質結材料并使用其構筑高性能柔性水分子快速檢測器件。該器件可以實現(xiàn)對說話,呼吸等引起的快速濕度波動信號的精確檢測。以此為基礎開發(fā)一套能夠通過非接觸方式監(jiān)測呼吸,皮膚活動等人體關鍵生理指標的可穿戴系...

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1電子皮膚發(fā)展演變的簡要年表。[8]

近年來,已經實現(xiàn)了電子皮膚的發(fā)展和進步的顯著進步,其中特別強調模仿人體皮膚的機械柔順及高靈敏的特性。Suo[2]及其同事已開發(fā)出可拉伸電極,Rogers[3]及其同事通過使用由可拉伸互連連接的超薄(100nm)薄膜,將典型脆性硅材料轉變?yōu)槿嵝愿咝阅茈娮硬牧�。Someya[4]及....

圖1.2電子皮膚的功能與特性

如圖1.2所示,本章節(jié)將著重概述了電子皮膚涉及的關鍵科學問題及技術難點,這將為我們后期電子皮膚的設計與制備提供指導意義。1.2.2.1模仿皮膚生物傳感功能

圖1.3人體皮膚結構及其中的各類傳感器:a)人體皮膚中溫度感受器對溫度變化產生的響應電位。b)皮膚中力感受器的位置示意圖。c)四中機械力力感受器的及其功能,響應速度和分辨率。[9]

為了模擬自然的觸覺,首先要理解人體皮膚的結構和工作原理。如圖1.3所示,人體皮膚的感覺感受器可分為疼痛感受器、冷感受器、熱感受器和四種機械力感受器。[9]這些感受器將信息編碼為不同頻率和強度的脈沖電壓,稱為動作電位。溫度由不同的冷熱傳感器感知,范圍約為5℃至48℃。四種機械感受器....

圖1.4電子皮膚在諸多領域的應用。[12]

隨著電子皮膚材料的發(fā)展,能夠模仿人類皮膚的諸多功能已經被開發(fā)出來了,例如力傳感與成像、自修復、溫度感應等功能,此外,很多人類皮膚不具備的功能比如分子感應、磁感應、柔性顯示、無線傳輸、柔性儲能、柔性集成電路、電子簽名等功能也出現(xiàn)在電子皮膚上面[12](圖1.4)。這些功能已經被證明....

本文編號：3915556