【摘 要】
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柔性传感器是智能可穿戴产品的核心器件,可以准确监控人体各种生理信号和运动信号,在医疗保健、生理监测、疾病诊断和人机交互领域具有潜在的应用前景。本课题制备了一种高灵敏宽量程的多功能柔性传感器,并分析了其传感机理和性能。首先通过调控实验参数制备了三种不同孔径和孔深的通孔多孔阳极氧化铝模板（AAO）:AAO-0、AAO-30和AAO-60。其中模板AAO-0的孔径为440 nm、孔深为6.9μm,模板A
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柔性传感器是智能可穿戴产品的核心器件,可以准确监控人体各种生理信号和运动信号,在医疗保健、生理监测、疾病诊断和人机交互领域具有潜在的应用前景。本课题制备了一种高灵敏宽量程的多功能柔性传感器,并分析了其传感机理和性能。首先通过调控实验参数制备了三种不同孔径和孔深的通孔多孔阳极氧化铝模板（AAO）:AAO-0、AAO-30和AAO-60。其中模板AAO-0的孔径为440 nm、孔深为6.9μm,模板AAO-30的孔径为400 nm、孔深为6.5μm,模板AAO-60的孔径为390 nm、孔深为6.0μm。然后根据这三种模板的不同尺寸构建出相对应的三种通孔导电膜模型,通过有限元模拟仿真对比三种导电膜模型的应力-应变性能,最终选择应力-应变性能最佳的导电膜模型所对应的AAO-0为模板来制备出微纳米通孔PPy导电膜。然后再在微纳米通孔PPy膜上旋涂PU制备微纳米通孔PPy/PU导电膜,该导电膜具有正面孔径为361.54±15.97 nm、背面孔径为364.84±15.30 nm、孔深为7.75±0.17μm,具有优越的电学性能和力学性能,玻璃态温度为79℃。最后基于通孔PPy/PU导电膜制备一款高灵敏宽量程多功能的柔性压阻传感器,该传感器在压力条件下表现出0-16 k Pa的较宽量程和103.89k Pa-1的较高灵敏度;在0-70℃温度条件下表现出0.6685%℃-1的高灵敏度;在20-90 RH%的湿度条件下表现出0.381%RH-1的高灵敏度。该传感器能够对脉搏跳动、呼吸活动以及水温变化等多种压力、温度、湿度刺激信号作出精确响应。本文最后对该微纳米通孔PPy/PU导电膜的进行了电化学实验,测得该导电膜在不同压力、温度和湿度下的阻抗谱,根据该导电膜的物理结构构建等效电路,分析了等效电路的阻抗计算公式和频率对阻抗的影响。为了研究导电膜对压力、温度和湿度刺激的不同响应,采用了Zview软件对测得的阻抗谱数据进行参数拟合。不同压力、温度和湿度下的Bode图都显示了该导电膜阻抗均随频率的增加而减小,在低频时都主要表现电阻行为在中频既表现电阻行为也表现电容行为。最后利用Zview软件,对不同压力、温度和湿度下的电阻（R）和电容（C）两个参数进行拟合,并解释相关原因。本课题的研究为基于微纳米结构的高灵敏宽量程的柔性多功能传感器的制备和其对多重物理信号响应规律提供了理论和实验支持。
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