【摘 要】
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近年来围绕着材料、工艺、结构设计三大方向开展的柔性应变传感器研究层出不穷,其中,光纤结构的柔性应变传感器由于尺寸小、易集成、抗电磁干扰、不受湿度和水分影响等优势而受到广泛的关注。然而,目前的柔性光纤应变传感器依赖于外加的电源或光源进行驱动,需双端输入输出,导致器件的稳定性和可重复性较差,且实现多功能化需要集成多种不同属性的功能材料,对材料间的热力学性能匹配度要求严格,使得制备较为复杂。针对上述这两
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近年来围绕着材料、工艺、结构设计三大方向开展的柔性应变传感器研究层出不穷,其中,光纤结构的柔性应变传感器由于尺寸小、易集成、抗电磁干扰、不受湿度和水分影响等优势而受到广泛的关注。然而,目前的柔性光纤应变传感器依赖于外加的电源或光源进行驱动,需双端输入输出,导致器件的稳定性和可重复性较差,且实现多功能化需要集成多种不同属性的功能材料,对材料间的热力学性能匹配度要求严格,使得制备较为复杂。针对上述这两个问题,本文从新材料入手,分别探索研制了能够实现自供能的柔性应变传感光纤和基于同种材料并通过简易成型方法即可实现光电多功能复合的柔性应变传感光纤,具体的研究内容和成果如下:（1）在自供能材料方面。探索研究了力致发光材料的发光原理及发光性能,发现Zn S:Cu2+力致发光材料可在机械刺激的作用下发射出可见脉冲光,具有较好的力-光线性转换特性和较高的发光重复性,可稳定实现自供能的应变感知。而在光电复合材料方面,探索了低共熔溶剂的性能及其调控方法,选用了光聚合型的聚低共熔溶剂（poly（deep eutectic solvents）,PDES）,通过紫外辐照即可成型,具有很好的透光和导电性能。（2）自供能柔性光纤的设计、制备及应变传感研究,基于硅基弹性体和Zn S:Cu2+力致发光材料设计并制备了用于应变传感的柔性力致发光光纤。该光纤不需要任何外加电源和光源进行激发,在发生应变时可发出荧光并由自身进行收集和传输,在10%-50%的应变范围内具有高度的线性响应特性,测量精度为±1%,且具有很好的重复性。同时,该光纤可正常在明场的情况下进行测量,突破之前已报道的力致发光薄膜或纤维基应变传感器必须在暗场下才能工作的瓶颈。此外,还进行了可穿戴和植入式的应用演示实验,证明其在可穿戴和可植入式的应变传感监测设备中具有应用潜力。（3）光电复合光纤的设计、制备和应变传感研究。基于光聚合型低共熔溶剂研制了PDES光电复合光纤,通过监测不同应变下光传输损耗和相对电阻变化情况来实现应变传感。在0-100%应变范围内,该光纤的传输损耗与应变有较好的线性关系,应变系数为4.05 d B/ε。而在0-180%和180-300%应变范围内,该光纤的相对电阻变化与施加应变有较好的线性关系,灵敏系数分别为1.89和3.37,此外,该光纤在100个循环周期内传输损耗和相对电阻变化均能保持较为稳定的状态。
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