【摘 要】
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医用压力袜作为一种有效预防和治疗下肢静脉曲张的医疗器械类纺织品,其压力的测量及分布研究已成为当今备受关注的课题。柔性压力传感器可以感知外界的压力刺激,并将其转化为可收集的电信号,是压力袜压力测量的重要手段。本文基于医用压力袜的结构特点,将碳纳米管/聚氨酯多孔导电复合薄膜和导电银浆柔性电极结合,设计并制备了一种气囊式柔性压力传感器,并将其应用于压力袜的静态压力测量,同时对不同等级压力袜的压力分布规律
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医用压力袜作为一种有效预防和治疗下肢静脉曲张的医疗器械类纺织品,其压力的测量及分布研究已成为当今备受关注的课题。柔性压力传感器可以感知外界的压力刺激,并将其转化为可收集的电信号,是压力袜压力测量的重要手段。本文基于医用压力袜的结构特点,将碳纳米管/聚氨酯多孔导电复合薄膜和导电银浆柔性电极结合,设计并制备了一种气囊式柔性压力传感器,并将其应用于压力袜的静态压力测量,同时对不同等级压力袜的压力分布规律进行了研究。首先,本文采用非溶剂致相分离法制备了碳纳米管/聚氨酯多孔导电复合薄膜,探究了碳纳米管含量对导电复合薄膜的微观形貌,电学性能和压阻响应性能的影响。结果显示,在0.5-10kPa的压强范围内,碳纳米管含量为10%的导电复合薄膜的综合性能最优,灵敏度最高为36.41kPa-1,迟滞性和重复性误差分别为±10.87%和±13.95%。然后,采用丝网印刷法制备了导电银浆柔性电极,探究了基底材料,固化温度和固化时间对导电银浆涂层固化反应的影响,即对柔性电极力学性能和电学性能的影响。结果显示,银浆涂层的固化反应越完全,柔性电极的电阻率越低,在拉伸和弯折形变条件下电学性能越稳定。其中,以PVC薄膜为基底材料的柔性电极在3%拉伸率拉伸或3万次弯折后,都仍保持优异的电学性能,电阻变化率分别为15.10%和3.65%。最后,将碳纳米管/聚氨酯导电复合薄膜和导电银浆柔性电极结合,并采用热压法组装成气囊式传感器,测试了传感器压力测量的准确性和稳定性。结果显示,在l0-100mmHg的压力范围内,传感器的测量压力值与理论压力值之间具有较强的线性相关性,相关系数接近于1,最大差值仅为3.02mmHg;传感器的重复性标准差最大为0.37mmHg,变异系数最大仅为0.85%。为了验证所制备气囊式柔性压力传感器的实用性,将传感器应用于不同等级压力袜的静态压力测量,并结合有限元模拟仿真,进一步探究了压力袜的压力分布规律,为今后压力袜的静态压力分布研究提供了可靠的数据基础和依据。
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