基于CNTs/PDMS介电层的柔性压力传感特性研究

提出一种基于MEMS工艺的柔性压力传感器制备方法.采用MEMS工艺制备柔性压力传感器模板,结合纳米压印技术、射频磁控溅射技术和PDMS软光刻工艺在PDMS柔性基底上制备了具有"V"型阵列微结构的Ag薄膜平行板电极,基于碳纳米管(CNTs)/PDMS聚合物的压电容特性,制备出电容式柔性压力传感器.针对不同尺寸的压力传感器进行对比测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到3.98% kPa-1,具有良好的重复性,在智能穿戴和电子皮肤等方面有着广阔的应用前景.     

基于复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器研究

近年来，柔性电子技术的快速发展使得湿度传感器广泛应用于人体健康监测、电子皮肤和非接触控制等新兴应用领域。不同于传统的刚性湿度传感器，柔性湿度传感器因具有舒适的可穿戴性、成本低和制作工艺简单等特点备受研究者的关注。然而，探索一种理想的传感材料来改善柔性湿度传感器的性能仍然是目前存在的挑战。开发了一种简单、低成本且可扩展的制造方法，构建了基于聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(P(NIPAm-co-AAc)/PDADMAC)复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器。实验证明，该湿度传感器具有较宽的湿度检测范围(20%～90%RH)、高灵敏度(5.06%/%RH)、快速的响应/恢复时间(3.5 s/2.5 s)、良好的重复性以及长期稳定性。其出色的湿度传感性能和高度柔韧性在用于人体健康监测的柔性可穿戴设备中具有很大前景。     

基于丝网印刷的柔性湿度传感器研究

柔性是可穿戴类设备的基本属性,柔性湿度传感器可以用于检测皮肤湿度、呼吸频率等与人体健康密切相关的生理参数。为了满足丝网印刷的工艺需求,本研究提出了一种银导电墨水的制备方案,分析了加热板、回流焊、马弗炉以及真空管式炉四种不同退火方式对银导电薄膜生长的影响,发现了加热板烧结后的银导线导电率高且成品阻值方差小。使用导电墨水制备电极,聚苯乙烯磺酸钠作为湿敏材料,在柔性衬底聚酰亚胺上印刷制备了平板式电容湿度传感器。该传感器在10% RH~90% RH湿度范围内可实现16.27 pF/%RH的灵敏度和1.65% RH的湿滞,具有良好的稳定性（最大误差0.22%）。本文通过对导电墨水的制备和烧结方式的研究,利用丝网印刷工艺制备了电容式柔性湿度传感器,为柔性湿度传感领域提供了参考。     

贵金属Au对半导体金属氧化物气体传感器性能影响研究

随着工业时代到来，为国家发展提供便利的同时，大量排放的有毒气体造成的环境污染问题逐渐影响人们的生活。如何快速有效地检测有毒气体的浓度成为一个重要的研究课题。文章主要通过溶胶凝胶法制备气敏材料，制作气体传感器，针对NO₂、SO₂、NH₃等有毒气体，测试其气敏性能。通过实验与数据分析，对比了几种常用的半导体金属气敏材料WO₃、SnO₂、In₂O₃的气敏性能，以及向材料中掺杂贵金属Au后的气敏性能，总结归纳了贵金属Au对几种气体传感器常用半导体金属气敏材料气敏性能的影响。研究发现，贵金属Au对提高气体传感器灵敏度和缩短响应恢复时间方面有着较为正面的作用。     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.     

基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^-1。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。     

碳纳米管/PDMS复合材料柔性阵列压力传感器制备与实验

以碳纳米管（CNTs）作为导电填料,聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体材料,采用溶液法制备出CNTs/PDMS导电复合材料。研究了碳纳米管浓度对复合材料的电学特性和压阻特性的影响规律,得到碳纳米管在PDMS中的渗滤区域。通过复合材料的压力灵敏度优化碳纳米管浓度。以制备的复合材料为敏感材料,FPCB工艺加工的柔性基板为电极,设计制备了一种简单结构和工艺的柔性阵列压力传感器。用零电势法设计了阵列电阻读出电路与LabVIEW实现的上位机配合,实现信号读取和显示。最后通过一个应用实例表明,该柔性阵列压力传感器及信号处理系统可以实现压力分布与大小的实时监测,可为柔性阵列压力传感器设计与制备提供参考。     

基于PDMS海绵介质层的电容式柔性压力传感器

柔性压力传感器以其低成本和大的检测范围等优势广泛的应用于电子皮肤和可穿戴传感器领域。本文通过在PDMS中填充碳酸氢铵材料,制备了大面积高密度具有微观结构的PDMS海绵介质层,通过简易的方法完成了柔性压力传感器的制备。与以往的柔性压力传感器相比,制备的PDMS海绵介质层由于气孔的存在更容易在受到压力时发生形变,拥有高的灵敏度(0.23 kPa^-1)、大的检测范围(0～50 kPa)、稳定的重复性(>1 000循环)以及快的响应时间(<150 ms)。通过对不同厚度、不同大小的PDMS海绵介质层进行测试,利用厚度为1.5 mm,大小为8 mm×8 mm的PDMS海绵作为压力传感器的介质层实现了力的实时检测。     

基于电容-电阻转换原理的柔性压力传感器

目前,基于碳基纳米材料的柔性压力传感器凭借着其便携性、柔韧性、生物相容性和低成本等特点,在智能医疗、人机交互和智能机器人等领域有着广泛的应用前景,但如何使其在具有较大量程范围的同时保持较高灵敏度,仍是一个严峻的挑战。提出一种基于氧化石墨烯/碳纳米管（Graphene Oxide/Carbon Nanotube, GO/CNT）复合敏感层的柔性压力传感器,同时以热塑性聚氨酯弹性体（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）多孔海绵作为传感器骨架。该GO/CNT@TPU柔性压力传感器的量程范围为0～60 kPa,基于电容-电阻转换原理,当受到较小压力（0～5 kPa）时,传感器以电阻感知为主,灵敏度为0.05777 kPa^-1;当受到较大压力（5～60 kPa）时,传感器以电容感知为主,灵敏度为0.33213 kPa^-1。从而有效地实现了传感器的在宽量程内的高灵敏度检测。     

基于柔性电极结构的薄膜电容微压力传感器

基于柔性电极结构,本文设计、制作了薄膜电容微压力传感器,在阐述传感器工作原理的基础上,提出了两种设计思路,即基于柔性纳米薄膜的电容式微压力传感器和具有微结构的柔性电极薄膜电容式微压力传感器,并结合传感器的结构和柔性材料的加工特性,进一步提出了相应的力敏特性材料结构优化思路和加工流程,利用该流程得到了一种结构轻薄、工艺简单、高灵敏度的微压力传感器。经测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到218 fF/mmHg,在智能穿戴和可植入压力检测等领域显示出较好的应用前景。     

基于VO2的超表面双气体传感器设计

针对传统矿用气体传感器易受温度和环境湿度等因素的影响而导致稳定性不高的问题,基于局域表面等离子共振原理和二氧化钒(VO₂)的相变特性,设计了一种基于VO₂的超表面双气体传感器。该传感器结构由上下三层组成,表面由多层金属-介电-金属(MDM)结构组成。根据VO₂的相变特点,通过改变施加的偏置电压,以电阻加热的形式加热金属板,精细控制VO₂的温度,通过改变VO₂的电导率来模拟VO₂的不同状态。当VO₂呈高温金属态时,上三层形成MDM结构,VO₂表现出金属性质,并在1 721.3 nm激发局域表面等离子体共振(LSPR),实现甲烷检测,传感器的吸收率为94.3%,甲烷灵敏度为4.21 nm/%。当VO₂呈低温绝缘态时,下三层形成MDM结构,在2 694.6 nm激发LSPR,实现氢气检测,传感器的吸收率为95.9%,氢气灵敏度为2.10 nm/%。当环境折射率发生变化时,VO₂     

一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器及其在睡眠监测中的应用

针对日常睡眠监测的需求,提出一种基于高压静电纺丝工艺制备的P(VDF-TrFE)/锆钛酸铅(PZT)压电传感器并对其性能进行了研究。首先,介绍了P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器的制作及封装流程。其次对其灵敏度,频率响应特性,瞬时响应和稳定性等进行了测试。结果表明,该传感器不仅具有良好的微观外貌形态,且相比于纯P(VDF-TrFE)压电传感器0.73 V/N的灵敏度,制备的含30%PZT的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器灵敏度是纯P(VDF-TrFE)压电传感器的2.5倍,达到了1.78 V/N。此外在低频下能够保持稳定压电输出且具备2 ms较快的响应时间。最后采用自制的P(VDF-TrFE)/PZT压电传感器测量人体心冲击信号,并通过支持向量机(SVM)训练睡眠分期模型实现了对睡眠质量的监测,四分类模型平均准确率达到72.5%,为可穿戴睡眠监测传感器的选择提供了参考。     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

基于双层微结构的碳纳米管柔性应变传感器的研究

设计了一种具有双层微结构的柔性压阻式应变传感器,并进行了制备方法研究。通过在半固化的环氧树脂基底(Ecoflex~? 00-30)表面制备形成碳纳米管(MCNTs)/环氧树脂(Ecoflex~? 00-30)复合薄膜,用毛刷制备微结构。通过测试分析可得,该柔性应变传感器具有高度可拉伸性能,可承受200%的应变,在0～80%,80%～170%,170%～195%的应变区间,GF值分别为10.5,40.5,190.5。将传感器进行可穿戴运动监测测试,可验证本传感器既可以实现手指和手腕运动等大动作应变的监测,输出电阻值相对变化达到7.5倍;也可以监测肌肉形变弯曲等小应变,输出电阻值相对变化达到1.4倍。     

基于高分子聚合物的柔性传感器研究进展

对基于高分子聚合物的柔性传感器的研究进展进行了概述.从传感器的种类、材料、结构设计、制备工艺、传感原理等多个角度进行分析,并对这些传感器的主要性能(灵敏度、稳定性与重复性、响应时间、迟滞性等)进行评估.重点讨论基于高聚物的柔性传感器在可穿戴设备、柔性驱动以及疾病预防等领域内的应用,总结了当前国内外传感器技术研究所面临的...     

电化学法合成氧化锌/聚苯胺复合多孔薄膜的湿敏传感特性

为设计出一种适用于矿井内部的湿度传感器,采用电化学分步恒电流法,制备出多孔结构的聚苯胺薄膜,并将氧化锌颗粒负载于聚苯胺薄膜表面,获得一种无机/有机复合p-n异质结传感材料。并使用62.8%、72.5%、76.2%和86.8%四种湿度对传感器进行传感性能测试。结果表明当电流密度为19.2 mA/cm^2时,聚苯胺薄膜表面负载的氧化锌质量为5.85×10^-3 g,传感器的电化学活性面积(ESA)最大为268.5 m^2/g,传感器灵敏度达到峰值0.66。同时对传感器的传感机理进行了讨论。     

基于钯纳米颗粒导电沟道的室温型氢气传感器的研究

随着氢能的广泛应用,检测氢气(H₂)泄漏十分必要。采用溶剂热法合成钯(Pd)纳米颗粒,结合旋涂法从极大程度上简化了覆盖敏感层工艺,在利用微机电系统(MEMS)工艺制备的硅基金(Au)叉指电极上研究了基于“氢致Pd晶格膨胀效应(HILE)”的裂结式H₂传感器的敏感特性,为低成本批量化制备室温型氢气传感器提供了可行性研究。结果表明该传感器对H₂的响应值与Pd纳米颗粒在基底上的覆盖率密切相关：覆盖率在一定范围内越大,响应值越小。在室温下,该类传感器对500×10^-6～2 500×10^-6H₂表现出了较快的响应速度：响应时间在5 s左右,恢复时间在25 s左右,具有较高的响应值：在2 500×10^-6H₂气氛下高达83%,有较好的选择性和稳定性。     

基于 ＧＮＰｓ/ ＰＤＭＳ 复合薄膜的柔性压阻传感器制备及性能研究

目前柔性压力传感器已被用于众多领域,其中压阻薄膜是柔性压力传感器的核心。本文将石墨烯纳米片（GNPs）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合,通过倒模的方法制备压阻薄膜,经测试,GNPs浓度为8%时,材料具有较好的性能。以此为基础,制备了压敏结构间距为1.2 mm,直径大小为1.0 mm的GNPs/PDMS基压阻传感器,经测试,所制备的传感器加载响应为340 ms,卸载响应速度为260 ms,并具有较好的稳定性,同时,基于该压阻式柔性压力传感器实现了人体手腕关节处压力信号的测试。     

可印刷柔性应变传感器的制作及其对 人体运动行为监测研究

该文主要研究了导电浆料 PS@Ag/PDMS 的流变特性与印刷性,以聚苯乙烯微球表面镀 银(PS@Ag)的核壳结构粒子为导电填料,与聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚物及其固化剂复合配制 PS@Ag/PDMS 导电浆料,采用丝网印刷技术与旋涂工艺制备得到 PDMS-PS@Ag/PDMS-PDMS 三明治结构柔性应变传感器。柔性应变传感器在人体运动行为中的实时监测结果显示,该传感器在手肘关节与膝盖关节的弯曲——伸展循环运动中的相对电阻变化率分别高达约 0.75 0.50,展现出较高的可拉伸柔性、灵敏度及一致性,在人体运动行为监测中具有广阔的应用前景。     

Ａｇ ＮＷｓ/ ＭＸｅｎｅ 柔性织物应变传感器的制备及性能研究

柔性应变传感器在柔性可穿戴电子器件中占有重要地位。以氨纶-丙纶弹性织物为柔性基底, 通过浸没涂覆法,以一维银纳米线(Ag NWs)和二维MXene两种导电材料共同作用制备出柔性应变传感器。随后对其进行基本形貌表征、力学性能以及电学性能的分析。结果表明,该应变传感器不仅具有较小的电阻值（~150 Ω/cm）和较高的耐久性（＞500次拉伸循环）,而且通过将该传感器贴合于咽喉部测得的电阻信号显示,该传感器对4个不同单词的发音具有一定的区分度和较好的重复性。因此,表明该应变传感器具有对简单语音进行识别的潜能。