【摘 要】
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柔性多参数传感器在智能可穿戴领域具有巨大的潜在应用价值,例如,对于截肢、皮肤受损的人或机器人,需要人工设备来模拟皮肤功能并恢复类似的感知能力。热电材料与弹性支架复合可以通过制造简单的单器件,无串扰的读出压力和温度信号,聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）是一种优良的有机热电材料,具有高导电性、高塞贝克系数和良好粘附性,木纤维弹性材料（WF）机械性能稳定,具有低密度、高
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柔性多参数传感器在智能可穿戴领域具有巨大的潜在应用价值,例如,对于截肢、皮肤受损的人或机器人,需要人工设备来模拟皮肤功能并恢复类似的感知能力。热电材料与弹性支架复合可以通过制造简单的单器件,无串扰的读出压力和温度信号,聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）是一种优良的有机热电材料,具有高导电性、高塞贝克系数和良好粘附性,木纤维弹性材料（WF）机械性能稳定,具有低密度、高孔隙率、高比表面积、无毒且可生物降解等特性,受到研究者广泛关注。本课题采用两步法去除轻木木质素和半纤维素制备WF,通过浸渍-冷冻干燥法将WF与PEDOT:PSS/缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷（GOPS）混合溶液结合制备不同含固比的柔性热电木纤维复合材料（WPG-0.25、WPG-0.5、WPG-0.75）,并通过冷场扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱测试（FT-IR）、氮吸附法（BET）、压汞法（MIP）、能谱分析（EDS）、化学成分分析、四探针测试仪和柔性传感器性能检测系统对材料微观形态、孔隙特征、组成成分、电学和力学性能进行测试和分析。进一步以WPG为传感材料,制备柔性传感器,并对传感器的工作范围、灵敏度、检测限、响应时间、重复性、压力-温度解耦性等传感性能进行分析。随后对柔性温压一体化传感器进行实际应用测试。通过对WF及WPG进行表征分析,发现WF基本为纤维素所构成,高度多孔、比表面积高、具有特殊分层结构;混合导电溶液对WF的浸渍效果良好,WF原本的分层多孔结构得以保留,WPG显示出良好的导电性和压缩回弹性。基于WPG的柔性温压一体化传感器具有0.01-20 k Pa的宽工作范围,基于WPG-0.75的传感器具有108.34 k Pa-1的超高微压灵敏度、10 Pa的低检测限、108 ms的快速响应时间、良好的线性度和优异的稳定性,随后建立有限元模拟,分析3D“弹簧层状”多孔结构对传感性能的作用。通过二甲基亚砜（DMSO）处理来去除电阻的温度依赖性,实现传感器的温度传感,传感器具有温差为0.1-25℃的工作范围、15.3μV/℃的温度敏感性、0.1℃的低检测限、1.05 s的响应时间,并且能够实现压力-温度解耦读数,电流-电压（I-V）曲线斜率代表压力,与V轴的截距是温度梯度的读数。实际应用测试表明传感器能够稳定检测出人体脉搏、声带振动,还能实时监测出压力-温度电信号的变化。该柔性传感器的超高微压灵敏度可用于人体微弱生理信号的检测;宽工作范围、低检测限、快速响应、高重复性及对压力-温度的解耦读数使其在冷链运输、机器人、温度变化监测、人体运动监测、医疗保健等方面有广泛的应用前景。
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