基于碳纳米管掺杂聚合物的柔性MEMS触觉微传感器研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:laoyang2009123456
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近些年来,随着柔性电子、无线通信、MEMS等技术的飞速发展,柔性可穿戴设备受到越来越广泛的关注,其中的柔性传感器作为柔性可穿戴设备里面核心器件之一,成为该领域研究的热点。随着物体接触力轻微化和对于环境高精度要求的发展趋势,基于MEMS技术的阵列式传感器正在向可集成化、微型化等方向发展。同时随着应用场景的多样化,应变、压力和温度等参数的传感精度也在被不断提升。通过在人体上附着柔性/可穿戴设备,结合高灵敏度与高柔韧性的特点,柔性触觉传感器在先进的机器人技术、新一代的假肢和医疗监控中具有巨大的潜力。本论文主要开展了基于碳纳米管掺杂聚合物柔性MEMS触觉微传感器研究,主要工作如下:(1)触觉传感器传感机理研究以及传感材料的研究,分别研究碳纳米管与液晶的掺杂以及碳纳米管与水凝胶的掺杂。通过制备水凝胶,分析水凝胶的特性,并研究不同浓度多壁碳纳米管与水凝胶的掺杂之后的电学特性和力学特性,最终确认适合传感器的制备手段和配比。研究液晶分子在不同电压和频率下展现出的各向异性,以及与多壁碳纳米管掺杂的良好兼容性,进而确定以液晶与多壁碳纳米管掺杂作为传感层的另一种触觉传感器结构。(2)研究水凝胶与多壁碳纳米管的掺杂,设计了一种水凝胶掺杂多壁碳纳米管的柔性触觉传感器,并通过后端电路设计利用该器件对人体脉搏波进行了测量和信号采集。(3)传感层利用液晶掺杂多壁碳纳米管,中间层利用水凝胶制备成一个4*4的柔性传感器阵列,通过调节电压源的电压和输出频率,观察器件的电容的变化。同时通过线性拟合,发现了器件在不同频率和电压下有测量精度不同的现象,并利用这一特性实现量程可调的压力传感器。
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