【摘 要】
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柔性电子设备的便携性给人们日常生活带来便利,其与人工智能领域高度交叉使柔性电子设备广泛应用于健康医疗、运动检测等领域。电阻式应变传感器作为可穿戴电子设备的重要组成部分,其工作原理为通过感知外部应变信号,进而产生电信号的改变。人体有多种运动信号,包括微小的脉搏信号,也包括肌肉组织运动所带来的大的拉伸形变信号,比如人体皮肤最大拉伸形变达到70%。因此,要求面向人体组织运动信号监测的柔性拉伸应变传感器既
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柔性电子设备的便携性给人们日常生活带来便利,其与人工智能领域高度交叉使柔性电子设备广泛应用于健康医疗、运动检测等领域。电阻式应变传感器作为可穿戴电子设备的重要组成部分,其工作原理为通过感知外部应变信号,进而产生电信号的改变。人体有多种运动信号,包括微小的脉搏信号,也包括肌肉组织运动所带来的大的拉伸形变信号,比如人体皮肤最大拉伸形变达到70%。因此,要求面向人体组织运动信号监测的柔性拉伸应变传感器既有较高的灵敏度以保证对如脉搏等微小信号的监测;又要满足宽的拉伸形变响应区间,以满足对肌肉组织大的运动形变的监测需求。本课题从柔性拉伸应变传感器结构设计的角度出发设计了一种可以对小范围应变保持高检测灵敏度,同时具备宽拉伸响应区间的电阻式柔性拉伸应变传感器。本课题首先制备一种具备拉伸导电性的PAA离子凝胶作为传感器基底,以实现拉伸过程中由于导电层产生大裂纹发生断路时,从基底导电以维持传感器的传感范围。对离子凝胶的组分比例进行了确定,最终制得的离子凝胶弹性模量0.086MPa、断裂伸长率为662%,且其与导电层和其它无机材料之间的粘附都较大,因此,可作为传感器的基底使用。利用COMSOL模拟分析软件对传感器结构进行了设计,从骨架材料模量、基底材料模量、传感器缺陷的位置与大小等角度出发,模拟出传感器的最佳参数,根据传感器的模拟参数进行制备。制得的传感器具备出色的低应变范围内的灵敏度,在0-20%应变范围内达到了118,制得的传感器同时具备循环稳定性和低响应时间,在对人体应变信号进行识别的过程中,信号稳定、清晰,证明了该传感器的应用价值。
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