柔性壓力傳感器作為獲取壓力參數(shù)的主要途徑,與物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新興技術(shù)融合可有效推動智慧醫(yī)療和人機交互等領(lǐng)域的發(fā)展。然而,柔性壓力傳感器在發(fā)展和應(yīng)用中遇到以下技術(shù)瓶頸。第一,缺乏微弱壓力感知能力和高靈敏傳感能力,一方面,微弱壓力感知能力可實現(xiàn)器件對多種微弱壓力變量的測量,從而盡早發(fā)現(xiàn)重要生理信號變化,降低并預(yù)防疾病發(fā)作;另一方面,高靈敏傳感能力可提高器件電學(xué)輸出和測量范圍,從而增強測試可靠性并拓展應(yīng)用場景。第二,傳統(tǒng)剛性電池體積和重量較大且不具有柔韌性,作為柔性壓力傳感器的供能電源會給佩戴者帶來不適感;并且傳統(tǒng)剛性電池?zé)o法提供持續(xù)穩(wěn)定的電能供給,使器件無法對人體相關(guān)壓力參數(shù)實時監(jiān)測。針對上述問題,本研究提出了摩擦起電式/壓電式/摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器的力電耦合增強方法,驗證了該方法對傳感器微弱壓力感知能力、靈敏度和測量范圍的提升作用,消除了剛性電池對傳感器佩戴舒適性和工作時間的影響,研究了所制備傳感器的性能指標(biāo)與潛在應(yīng)用場景,主要研究內(nèi)容如下。（1）基于麥克斯韋位移電流傳輸理論的力電耦合方法研究。系統(tǒng)分析摩擦起電式壓力傳感技術(shù)和壓電式壓力傳感技術(shù)的力電耦合機理,提出了多自由度條件下...

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖1-13香港理工大學(xué)陶肖明課題組制備的摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器

2018年香港理工大學(xué)陶肖明課題組提出一種導(dǎo)電織物型摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器,該器件可將人體運動產(chǎn)生的機械能直接轉(zhuǎn)換為電信號(圖1-13)[36]。制備過程如圖1-13所示,首先將PVDF粉體溶于丙酮與二甲基甲酰胺的混合溶液中制備出PVDF紡絲溶液,而后將BTO、CNT同時....

圖1-14電子科技大學(xué)張曉升課題組制備的摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器

2018年電子科技大學(xué)張曉升課題組提出了一種基于靜電紡絲工藝的摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器用于監(jiān)測人體姿態(tài)運動(圖1-14)[34]。如下圖所示,傳感器主要由絲綢納米纖維、PVDF納米纖維以及對應(yīng)的導(dǎo)電織物組成。其中,絲綢納米纖維和PVDF納米纖維作為摩擦材料并通過接觸-分離模....

圖1-15 Chengkuo Lee課題組提出棉襪織物基摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器

綜上所述,基于摩擦起電效應(yīng)和壓電效應(yīng)協(xié)同的柔性壓力傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)更高電學(xué)輸出性能,具有更廣闊應(yīng)用前景。但是,目前已發(fā)表的摩擦-壓電復(fù)合式柔性壓力傳感器大多以織物(導(dǎo)電布、棉線等)為主要基體/敏感材料。這些材料雖然具有一定柔韌性,但若將器件與人體皮膚直接接觸,其固有材料特性也會給人....

圖2-1摩擦起電式力電耦合器件四類基本工作模式(a)垂直接觸-分離模式;(b)水平滑動模式;(c)單電極模式;(d)獨立層模式

如圖2-1所示,依據(jù)電學(xué)信號產(chǎn)生方式和器件構(gòu)造(結(jié)構(gòu))類型,摩擦起電式力電耦合器件可分為四類工作模式:垂直接觸-分離模式、水平滑動模式、單電極模式和獨立層模式[72]。通過材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化等方法,不同工作模式摩擦起電式力電耦合器件能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用類型和工作場景。其中垂直接....

本文編號：4027309