电容型柔性传感器在可穿戴传感领域的研究与应用

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近几年,随着智能手环、智能手表等智能设备的热销,可穿戴传感的概念逐渐被人们所熟知。柔性传感器作为可穿戴智能设备中的核心部件得到了大力发展。本论文系统的介绍了各种柔性传感器的原理,分析了它们的优缺点,以及在可穿戴传感领域的应用前景。相比其他类型的柔性传感器,电容型柔性传感器具有响应快、线性好、成本低等优点,在可穿戴传感领域拥有较好的应用前景。本论文分别研究了聚合物类和织物类电容型柔性传感器,从材料、结构、制备方法等方面对传感器进行了研究、改进和创新,旨在提高传感器的实用性,使电容型柔性传感器能够真正应用于可穿戴传感领域。在聚合物类电容型柔性传感器中:1.采用乙炔黑作为导电填料,硅胶作为柔性骨架,制备了能在较大形变下保持导电性的导电硅胶材料,作为传感器的电极;2.采用溶析法制备多孔硅胶介电层,多孔结构的引入能够增强介电层的可形变性能,使电容传感器具有更高的灵敏度;3.针对传统聚合物类电容型传感器容易分层脱落的问题,采用半固化状态下的逐步浇筑法来制备导电硅胶电极/多孔硅胶介电层电容传感器,这种制备方法使得传感器各层结构紧密的粘结在一起,表现出较好的耐久性和稳定性。在织物类电容型柔性传感器中:1.基于传统的平行板电容结构,以导电银布为电极、棉布为介电层,开发出一种纯织物构成的电容压力传感器,用于代替商业力敏电阻片作为敏感元件制备一体化纯织物传感鞋垫。相比于力敏电阻片,纯织物构成的电容传感器与鞋垫结合度较高,不会对穿戴舒适性造成影响,同时还可以给传感鞋垫提供较好的抗菌性;2.开发出一种以包芯纱作为基本单元构建纯织物电容传感器的方法。采用银纤维@棉纤维包芯纱作为基本单元,构建出一系列具有新型结构的纯织物电容传感器,如双螺旋结构、机织结构、锁式线迹结构电容传感器。这些新型结构的织物电容传感器在灵敏度、检测极限、稳定性、抗菌性等方面有着良好表现,与衣物融合度较高,表现出较好的可穿戴性能。将这些新型结构的电容织物传感器分别置于护膝、手套、布垫中,可以检测人体的不同运动,展现了较好的应用前景。
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