柔性可穿戴织物基力学传感器

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随着柔性电子的快速发展,人们对于柔性电子器件的穿戴轻便、舒适、可靠和性能等方面提出了新要求。在服装上融合多种功能电子产品所制成的电子织物是目前柔性电子器件的重点发展方向之一。织物基传感器具有结构简单、质轻、柔韧性好、穿着舒适、可对外界信号实时采集与反馈等优点而备受关注,能够广泛应用于人机交互、人体健康监测和仿生机器人等新兴智能领域。织物基力学传感器是实现智能化、交互式应用的关键单元之一。因此,研制超高灵敏度的新型织物基力学传感器具有重要的应用价值。另外,柔性功率器件可实现传感电路的功率处理与控制,因此其材料生长工艺的优化、织物基柔性化研究等也引起了人们的广泛关注。本论文主要研究了柔性可穿戴织物基力学传感器,取得的主要创新性成果如下:(1)发展了在织物上制备Ni电极的化学无电镀方法,并构筑了一种双层织物的压力传感器。器件具有较高的压力探测灵敏度(压力范围在0.39-4 k Pa时灵敏度为3.82×10~6 k Pa-1)等电学性能,同时还具有良好的透气性,可满足穿戴轻便和舒适等要求。构建了7×7的传感阵列,实现了对加载压力的大小和位置的同步和精确监测。此外,还通过振荡电路发展了压力与频率的输出模式,可以模拟触觉的神经信息处理方式。(2)通过双侧无电镀方法,成功制备了一种单层织物的拉伸应变传感器。器件获得了超高灵敏度(在17.5%-27.5%应变内灵敏度为1.06×10~7)、高耐久性(>10000循环)、高机械顺应性、高透气性、可水洗等优异性能。并且,探索了器件在人体关节运动监测、可见光通信和人机交互等新兴智能领域应用的广阔前景。(3)利用X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼散射光谱(Raman Scattering Spectroscopy,RSS)等多种表征手段研究了外延生长温度对在4H-Si C衬底上生长的3C-Si C薄膜的影响。发现:过高和过低的生长温度都会影响样品的结晶质量,在四片样品中外延层结晶质量最好的生长温度是1550℃。这可为后续发展柔性织物基功率器件提供重要的参考价值。
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