【摘 要】
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近年来,可穿戴应变传感器在人机交互、智能机器人与虚拟现实等多种领域中展现出愈加广泛的应用潜力,得到了人们的广泛关注。为了满足实际应用的需要,研究高灵敏度、宽检测范围、快速响应时间与高循环稳定性的柔性应变传感器至关重要。但是目前水凝胶基应变传感器普遍为压阻型传感器,在应变传感器的高灵敏度和宽检测范围这两个性能参数之间存在较大冲突。为了提高灵敏度可以通过设计微结构实现快速响应,但也容易导致较窄的检测范
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近年来,可穿戴应变传感器在人机交互、智能机器人与虚拟现实等多种领域中展现出愈加广泛的应用潜力,得到了人们的广泛关注。为了满足实际应用的需要,研究高灵敏度、宽检测范围、快速响应时间与高循环稳定性的柔性应变传感器至关重要。但是目前水凝胶基应变传感器普遍为压阻型传感器,在应变传感器的高灵敏度和宽检测范围这两个性能参数之间存在较大冲突。为了提高灵敏度可以通过设计微结构实现快速响应,但也容易导致较窄的检测范围,难以做到动态力和静态力的宽响应检测。因此,如何构建具备高灵敏度和动静态力检测的水凝胶基传感器仍然是当前的一个挑战。基于此,本文以智能可穿戴应变传感器的应用需求为引领,开展了一系列壳聚糖生物质基复合水凝胶的制备与性能研究,实现高灵敏度和动静态响应的检测。1、采用PVDF-TrFE为压电填料,PEDOT:PSS为压阻填料,通过物理-化学交联法,构建压电压阻多功能复合壳聚糖基导电水凝胶（CHACC/PVDF-TrFE/PEDOT:PSS水凝胶简写为Pp-水凝胶）,实现高灵敏（GF=19.3）、宽响应（5-25Hz）和快速响应时间（64ms）,并且可以用在人体运动检测、可穿戴传感器和柔性键盘输入等领域。2、采用PVDF-TrFE为压电填料,PEDOT:PSS为压阻填料,通过全物理交联法构建的壳聚糖/聚乙烯醇双网络导电水凝胶（PVA/HACC/PVDF-TrFE/PEDOT:PSS水凝胶简写为PHPP-水凝胶）,用于应变传感器和超级电容器。水凝胶的断裂伸长率可以达到533%,拉伸强度突破7MPa。同时做到了高灵敏（GF=43.76）和快速响应,可以运用在人体运动检测及可穿戴设备领域。3、采用甲基丙烯酸酐（MA）作为光敏基团接枝在壳聚糖（CS）的氨基上,在甲基丙烯酰化的壳聚糖制备第一网络的基础上,用引发剂引发自由基聚合的丙烯酸（AA）,构建第二网络,可以在紫外光的作用下1分钟固化成水凝胶,具有良好的成型性能和力学性能（压缩强度40MPa）。采用PVDF-TrFE为压电填料（MACS/AA/PVDF-TrFE水凝胶简写为CAP-水凝胶）,光固化成型的水凝胶压电系数(d33)为7.06p C/N,电压输出80mV。上述三种基于导电水凝胶的应变传感器都能够进行静态力和动态力的检测,将导电水凝胶应用在可穿戴电子设备领域,有望在人体运动检测、细微运动监测、柔性可输入设备、电化学储能设备等领域展现出较大潜力。
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