论文部分内容阅读
近年来,在物联网和人工智能大力发展的背景下,智慧终端产品应运而生。传感器作为智慧产品的“五官”,已经成为目前研究的热点。其中,柔性力学传感器能够将压力、摩擦力转换为便于操作的电信号,从而感知外界作用力,被广泛应用在智能机器人与健康监测等领域。但是,大多数柔性力学传感器功能单一、制备工艺复杂且压力测试范围窄。目前,研究具有灵敏度高、宽压力测试范围和响应时间短,且能检测压力和摩擦力的柔性力学传感器具有重要意义。本文设计并制备了两种柔性封闭式压力/摩擦力传感器和一种封闭式压力传感器,且在性能、应用和耐受恶劣环境等方面进行了系统的研究。本文主要研究内容如下:(1)基于自粘布/聚二甲基硅氧烷(PDMS)多孔结构的柔性封闭式压力/摩擦力传感器的研究。利用特殊造孔剂在自粘布上构建PDMS的多孔结构,然后采用浸渍法制备出具有压力/摩擦力传感功能的自粘布,最后组装成柔性封闭式压力/摩擦力传感器。性能测试表明,该传感器能够响应和区分压力/摩擦力。此外,还具有宽的压力测试范围(0.2480 kPa)、响应时间短(压力:0.15 s;摩擦力:0.2 s)、重复性好等特点。传感器能对在脉搏、振动和手指姿势等进行检测。最后,对传感器环境耐受性进行研究,结果表明柔性封闭式压力/摩擦力传感器突出的温度稳定性和耐酸碱腐蚀性能。(2)基于碳纤维复合织物的柔性封闭式压力/摩擦力传感器的研究。首先,重复将一块织物放入氧化碳纳米管分散液中5分钟,然后取出进行干燥。随后,将氧化碳纳米管修饰的织物组装成柔性封闭式压力/摩擦力传感器。传感器不仅具有较高压力灵敏度(?0.03 kPa?1),且能够探测72 Pa小压力。另外,传感器具有响应时间短、迟滞性低、突出的抗酸碱腐蚀和温度稳定性好的能力。最后,传感器能够对水杯拿取、手腕姿势、起立和水珠碰撞所产生的作用力进行感知。(3)基于碳纳米管纤维柔性封闭式压力传感器的研究。通过化学气相沉积法制备了碳纳米管纤维,并用它组装了一款柔性封闭式压力传感器。通过性能研究发现,传感器具有较高的灵敏度(?0.1 kPa?1)、响应时间短(37 ms)、重复性好,且经过恶劣环境处理后仍然保持原始状态。基于传感器灵敏度高和响应时间短,它能对咽部运动和脉搏信号进行感知。