论文部分内容阅读
柔性传感器的主要功能是将外界声、光、力和热等信号转化为可视的电信号,因此无论在人体健康监测、生物医学、电子皮肤等医学相关领域,还是对新一代机器人等电子设备的升级都起到至关重要的作用。压阻式传感器主要由感应材料、柔性基体和导电电极三种结构组成。柔性传感器感应材料主要包括金属材料、碳材料和导电高分子等。其中银纳米线(Ag NWs)是一种具有高电导率的感应材料,已广泛应用在柔性应变传感器的研究中。Ag NWs的形貌均一性和在柔性基体中的分散情况是影响传感器性能的主要因素。本课题采用原位聚合法和溶液共混法分别制备了PVDF/PANI复合胶液和PVA/PANI复合胶液。将四种复合胶液通过静电纺丝的方法制成PVDF/PANI复合纤维膜和PVA/PANI复合纤维膜。采用抽滤的方式将乙二醇还原法制备的Ag NWs均匀的附着在PVDF/PANI纤维膜表面。采用模具成型法将附着Ag NWs的PVDF/PANI复合纤维膜固定在PDMS中间,并在两端引出两条导线,形成一种三明治结构的柔性应变传感器。通过x射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对Ag NWs、PVA/PANI复合纤维膜、PVDF/PANI复合纤维膜和附着Ag NWs的PVDF/PANI纤维膜的微观形貌进行表征。采用傅里叶红外光谱仪(FI-IR)对PVA/PANI复合纤维膜和PVDF/PANI复合纤维膜的官能团结构进行表征。采用宽频介电阻抗谱仪对PVDF/PANI复合纤维膜的电导率进行表征。采用差式扫描量热仪(DSC)对PDMS的固化温度进行测试表征。采用万用电表和万能拉伸机联合使用的方式对柔性应变传感器的拉伸-回复性能、滞后效应和实际应用进行测试表征。研究结果显示:Ag NWs为面心立方结构,长径比在250左右。PANI质量分数为5wt%的PVDF/PANI复合纤维膜在107Hz的条件下电导率为1.3501×10-5S/cm。PANI的质量分数在8wt%时,PVDF/PANI复合纤维膜的电导率出现突变。采用抽滤的方式成功将Ag NWs均匀的附着在PVDF/PANI复合纤维膜表面,其中Ag NWs层的厚度大约是20μm,PVDF/PANI复合纤维膜层的厚度在100μm左右。PDMS的模具成型法的实验最优固化温度范围在75℃到135℃之间。片状柔性应变传感器的GF系数最高可达50并保持稳定。无论在同一应变下的多次拉伸和回复,还是在不同应变下的拉伸和回复,柔性应变传感器的ΔR/R0与ΔL/L0的变化都具有很好的正相关性,并且滞后效应不明显。空心圆柱状柔性应变传感器成功实现对手指多关节的感应功能,具有一定的实际应用价值。