基于叶脉间隔物的宽线性范围高灵敏度的压力传感器

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cooltom
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
柔性压力传感器因其在未来机器人和可穿戴设备中的应用前景而受到广泛关注。宽线性范围高灵敏度的压力传感器对线性电流信号输出不需要复杂的处理,大大提高了器件的小型化程度,降低了功耗。微结构与导电性填料和绝缘基质的复合材料是制备传感器常用的结构设计,微结构通常是通过模板制备尺寸比较小且均匀,在负载压力时易于达到饱和状态。而复合材料中的电性能和机械性能是相互依赖的。例如,当试图通过增加导电填料如金属纳米颗粒,炭黑和碳纳米管的体积比来增加复合材料的导电性时,复合材料的机械刚度显著增加。由于电性能和机械特性的这种耦合调谐效应,基于复合材料的柔性压力传感器也通常表现出灵敏度和线性区域之间的性能折衷。目前,现在很多研究目前致力于两个方向的改进,一种是制造压力传感器所必需的导电活性材料;另一种是传感器的结构,可以调整基底上电极与活性材料之间的接触电阻。在本文中通过简单的锂离子插层法将二维材料二硫化钼剥离为高导电和亲水性的1T相二硫化钼,通过拉曼光谱(Raman),X射线衍射仪(XRD),高倍透射电镜(HR-TEM),选定区域电子衍射(SAED)等表征手段表征1T相二硫化钼。同时,通过简单的溶解盐的方法制备柔性PDMS多孔骨架,亲水性的1T相二硫化钼作为导电材料,通过简单的浸泡法包裹在多孔PDMS骨架上,最后通过桂花树的叶脉作为间隔与带有电极的柔性基底组装在一起成为柔性压力传感器。我们探索了传感器的各种应用。得出如下结论:(1)本文将制备柔性压力传感器的活性导电材料转向过渡金属二硫化物,并且通过实验证明了二维材料1T相二硫化钼在压力传感器中的应用是可行的,可以用于下一代电子皮肤和人工智能。1T相二硫化钼具有优异的机械特性和物理特性,和一维材料相比与柔性基板和多孔结构结合的界面足够牢固,不需要复杂的工艺处理来提升传感器的稳定性。和目前广泛被研究的二维材料石墨烯相比具有亲水性和高导电性,制备压力传感器中不需要复杂的还原氧化处理过程,这为传感器的实际开发利用提供了巨大的潜在可能。(2)发展了一种简单且成本有效的结构设计方法,通过简单的沾涂法使1T-Mo S2纳米片包裹在多孔PDMS网络上并作为柔性活性层,异质分层微结构叶脉作为活性导电层和电极对之间的间隔物。首先,叶脉具有分层的微网络结构。当施加外部压力时,导电层和电极之间的瞬时接触面积发生变化,从而产生宽的检测范围。其次,天然叶脉提供了一种有趣的微结构策略,不依赖于制作图案结构的复杂且昂贵的技术。(3)基于叶脉作为间隔物和3D高导电1T-Mo S2网络作为活性层的结构设计,压力传感器在宽压力范围内显示出高灵敏度(150 k Pa-1小于1 k Pa,1036 k Pa-1适用于1-23 k Pa)。超低压力检测限(6.2 Pa),10000次循环的高稳定性和快速响应时间(<50 ms),对应于人类指尖的响应时间30至50 ms。制备出的高性能的压力传感器可以成功监测人体生理信号、微小肌肉运动以及人体运动。更重要的是,传感器用于检测不同的振动,包括水压测试和鱼类游泳。结果证明了在潜水安全和深海环境研究中的潜在应用。
其他文献
学位
氢气等新能源由于其环保、可再生、燃烧热值高等特点促使开发氢能源成为学术界的热门研究。电催化制氢已被认为是产生清洁氢能的最有效方法之一。到目前为止,Pt和其他贵金属是催化产氢的最佳电催化剂。然而,有限的资源和贵金属的高价格限制了这类催化剂的大规模应用,因此迫切需要寻找替代Pt的新型催化剂。在二维层状过渡金属硫属化合物中,硫化钼(Mo S2)由于其优异的机械性能、超导性能、催化光学性能,以及合适的能带
近年来,随着智能家电、智能器件、智能医疗进入人们的视野,智能材料在人们生产生活中所占的比重越来越大。所谓智能材料,是对外部刺激具有可感知性、可响应性,能够自监测、自判断和自处理的新型功能材料。热响应性材料作为智能材料的一部分,学者们对其作用机理、应用开发做了许多探索并且取得了诸多成果。低临界相变温度(LCST)材料就是热响应材料中研究最为广泛的一类,然而,对LCST行为的研究目前主要集中在高分子聚
异喹啉是含氮杂环化合物中最为常见的一类化合物,它们广泛存在于天然产物、药物、有机发光材料、金属催化剂的配体的核心骨架之中。因此,快速、直接的人工合成具有异喹啉环骨架的物质显得尤为重要,这也成为了有机化学工作者们亟待解决的问题。异喹啉类化合物的传统合成方法主要依赖于过渡金属催化的交叉偶联,但它们通常会遇到诸如产生大量有毒废物,需要预先官能化的底物以及苛刻的反应条件等问题。近年来,廉价金属催化单齿配体
非对称纳米材料作为近些年新兴发展的纳米复合材料,除了具有纳米材料的固有特性,还拥有不对称表面化学性质,从而在催化、生物治疗、环境治理等领域有着广阔的应用前景。现有的非对称纳米材料制备方法一般都比较复杂,且可调控性差,因此,发展形貌可控的非对称纳米材料制备技术是纳米技术研究重要组成部分。基于此,本文将界面限域效应和金属置换反应相结合,在液/液界面成功实现非对称纳米材料的可控合成,合成方法简便高效,室
贵金属纳米材料具有独特的物理化学性质,而且通过调整材料的形貌、大小能够强化或弱化其某些性质以满足实际应用的需要。事实上,在多种领域中仅使用单个纳米颗粒的情形并不多,大多数时候是很多纳米颗粒作为一个整体才能够具有实际作用。如近些年在近红外区域具有强吸收的Au纳米材料广泛应用于肿瘤治疗中,然而小尺寸Au纳米颗粒的吸收光谱主要在可见光区,所以其在肿瘤治疗中应用受限。为了更好地发挥粒子间的集合效应,可控组
在过去很长一段时间,科学界一直认为金属等离子体衰减所产生的正负载流子的寿命很短,不足以改善金属本身的催化性能。然而,近年的研究发现,只要外部环境条件合适,等离子体衰减产生的正负电荷还是能够被有效地分离,所产生的热电子或热空穴能够有效地参与催化反应,从而显著地改善金属催化剂本身的性能。本论文将通过降低等离子金属纳米结构的形貌对称性,来提高等离子体衰减产生的正负电荷的分离效率,并尝试揭示等离子辅助催化
荧光传感技术具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等优点,在很多领域中都有着广泛的应用。然而,使用荧光传感技术对复杂样本进行定量分析时,复杂样品中可能存在的固相颗粒的散射效应、荧光背景干扰效应和基质效应、以及仪器光源强度的波动均会严重影响荧光传感技术定量分析结果的准确度。为了解决上述问题,本实验室研究小组针建立了适用于非均相体系荧光光谱数据定量分析的新型荧光定量模型(Quantitave fluore
表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)和荧光光谱检测技术具有检测速度快、灵敏度高、操作简便以及适用于原位检测等优点,在很多分析检测领域中具有重要的应用价值。对于SERS检测技术来说,由于SERS增强基底物理性质等因素的变化会严重影响目标分析物的SERS信号强度,导致SERS检测技术的应用目前局限于定性或半定量分析。而使用荧光光谱技术对悬
纳米技术与生物技术的结合即纳米生物技术是一门涉及到多个领域的的综合学科,目前一直处于国际生物技术的前沿,在医药领域有着广泛的应用与不可估量的发展前景。纳米技术在医药领域已经取得了一些进展,在一些疾病的前期诊断与治疗过程中发挥了十分重要的作用。纳米技术的发展不断推动各领域的进步,利用新兴的纳米技术解决生物问题成为当前的研究热点。近年来,纳米级金属有机骨架(n MOF)材料成为用于各种生物医学应用较有