【摘 要】
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柔性应力传感器因其具有柔弹性特性,既能贴附于不规则或者刚性物体表面、也能贴附于人体皮肤,在机器人、手持式消费电子产品、显示器、医疗健康监测设备等领域有着潜在的应用。
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柔性应力传感器因其具有柔弹性特性,既能贴附于不规则或者刚性物体表面、也能贴附于人体皮肤,在机器人、手持式消费电子产品、显示器、医疗健康监测设备等领域有着潜在的应用。如何提高传感器灵敏度受到越来越多的关注,但采用大面积、简单、低成本的方式制作出高灵敏度的弹性传感器仍是一大挑战。本论文以银纳米线(AgNWs)为导电材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为弹性衬底,用简单、低成本、低能耗的方法制备了弹性电极,设计制作了基于微结构电极的压力传感器和拉力传感器,从材料和结构上提出了优化传感器力敏特性的条件。本论文主要的研究内容及创新点如下:制备了银纳米线导电材料,通过优化反应温度、搅拌速度、前躯体与保护剂的摩尔比来制备纯净、高长径比的银纳米线。合成的银纳米线直径约为80nm,长度在3-30μm。采用相纸原位固化方式制备了弹性电极,通过选用不同的模板构建了不同微结构的电极,采用了胶黏剂封装和PDMS封装两种封装方式制作了柔性电容式压力传感器。研究了不同封装方式、不同微结构电极、不同介电层、不同导电材料和不同支撑层对传感灵敏度的影响。优化的柔性压力传感器灵敏度达到了3.78kPa-1,最小检测极限为52mg(3.4Pa)。通过抽滤转移方式使银纳米线镶嵌在PDMS中制备得到可拉伸导体,研究了不同银纳米线厚度对可拉伸导体导电稳定性的影响,优化的可拉伸导体在拉伸至50%重复50次仍能保持稳定的导电性。将可拉伸导体制作成的平板电容式拉力传感器,其灵敏度方程为y=0.36x,最小检测极限为0.89%。本文采用简单、低成本、低能耗制备的能检测微小压力的传感器,在将来可应用在电子皮肤作为脉搏、心率、喉咙发声等小压力的检测设备,让柔弹性健康监测设备离我们的生活越来越近。
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