基于MEMS工艺柔性电极制备与测试

针对柔性技术对柔性可拉伸电极的需求,提出一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底上制备具有周期为8μm"三角波"结构Ag薄膜电极的方法。采用MEMS工艺技术制作柔性电极模板,结合PDMS倒模、plasma表面修饰、磁控溅射金属Ag的方法,制备了可拉伸柔性电极。通过测量柔性电极的初始电阻值、阻值与柔性衬底拉伸形变量的关系以及柔性电极的拉伸极限,测试结果表明该方法实现了粘附性能好、初始阻值小、重复性可靠、电阻变化速率小、拉伸形变为65%的可拉伸柔性电极。同时该方法制备的柔性电极尺寸、周期等参数可控,应用领域得到延伸,可适应不同需求的柔性电极的制备。     

CNT/PDMS柔性传感材料的打印工艺及性能研究

针对复合导电材料CNT/PDMS应用于柔性传感以及复杂结构设计的需求,将直写打印技术与该复合导电材料的成型制备方法结合起来,研究了CNT/PDMS复合材料的打印工艺和电阻传感性能。在试验研究中,首先配置了不同CNT含量的打印墨水,并对打印墨水的流变性及材料导电性进行测试,试验结果表明配置的打印墨水均具有粘弹性以及剪切变稀的性质,其中以CNT质量分数为7%的墨水用于直写打印时兼具导电性好易挤出且成型好的特点。通过单点成线试验,设置3D打印机参数为:扫描速度为10mm/s,挤出气压为0.3MPa。在此基础上,进行简单平面条状、二维网状结构以及立体网格结构的打印,对打印的条状结构进行温度和单轴拉伸试验,在不同的温度和拉伸率下打印件均表现有电阻传感特性;对网格状电路进行柔性电路性能测试,在对其施加6 V左右电压时,无论网格电路处于伸展还是弯曲状态均能表现出良好的导电性能;对打印的立体网格结构进行压力传感试验,结果表明复合材料有良好的压敏特性。性能表征结果证明该打印工艺可行,从而为后续该材料的复杂结构制造以及在柔性传感电子设备中的应用奠定基础。     

基于微纳压印的柔性PDMS薄膜传感器设计

利用性能优异的PDMS薄膜制备的新型柔性传感器柔性好、重复度高,可适应复杂曲面,其应用前景也十分广阔。采用PDMS薄膜为柔性基底,填充导电材料碳纤维制备传感元件,使用微纳压印的方法制备V槽形微结构把灵敏度提高到3.5 kPa~(-1);并总结出柔性PDMS薄膜传感器的制备方案,为柔性PDMS传感器的制备提供参考;最后按照实验设计对PDMS薄膜传感器的性能等方面开展了系统的研究。     

面向软体机器人的嵌入式3D打印聚二甲基硅氧烷材料实验研究

基于自主搭建的嵌入式直接喷墨打印（DIW）式3D打印系统,对聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料在水凝胶中进行打印,实现了软体机器人复杂内部结构的嵌入式3D打印。对PDMS材料性能进行了详细分析,并对打印过程进行了模拟仿真,从而确定了工艺参数组合;开展了固化拉伸对比实验、单丝圆线打印实验以及圆管打印实验,确定了最优打印参数组合;最后使用所确定的最优参数组合,打印出复杂仿生结构、柔性单向阀和软体抓手并进行相关实验,验证了采用嵌入式3D打印PDMS的方式制造复杂结构软体机器人的可行性。     

基于MEMS的V型梁结构设计和性能测试

为了研究不同弯曲曲率对V型梁结构具有不同的影响,提出了以LCP柔性材料为衬底的V型梁弯曲的力学模型,并通过软件仿真和实验验证了弯曲曲率对柔性V型梁器件的影响.从对比结果可得,当柔性衬底的曲率从0逐渐增大到33.3 m-1时,V型梁的驱动电流也随之增大,实测值与仿真值的最大误差低于6.0％,很好地揭示了柔性衬底弯曲曲率对...     

一种带孔介电层结构柔性多维力传感器研究

针对智能机器人人机交互过程中存在的接触柔顺性和环境适应性问题,提出一种带孔结构的多维力柔性传感器的简单制备方法,采用碳纳米管/聚二甲基硅氧烷（carbon nanotubes/polydimethylsiloxane,简称CNTs/PDMS） 混合制备柔性电极,以带孔结构的硅胶作为介电层,组装制备电容式柔性多维力传感器。建立柔性多维力传感器的数学模型,并通过试验获取柔性传感器的性能参数。试验结果表明：传感器理论模型与试验曲线吻合性较好,带孔结构的介电层能够提高传感器的灵敏度,法向上的检测范围为0~50 N,分辨率为0.05 N;切向上的检测范围为0~10 N,分辨率为0.15 N。将其安装在机器人手爪上进行了水果抓取试验,成功检测出水果抓取过程中的夹紧力,进一步表明该传感器具有较好的实用性。     

15英寸单层石墨烯透明电极制备成功

近年来,石墨烯作为一种新型的柔性透明电极材料得到广泛认同,具有十分优异的力、热、光、电等性质。但是,要将石墨烯应用于透明电极,大面积、高质量石墨烯的制备和快速高效转移是首先要解决的两大关键问题。中科院重庆研究院研究人员通过自主研发制备方法,在低温条件下,实现了在铜箔衬底上生长15英寸的高质     

基于改性MWCNTs/PDMS柔性应变传感器的制备和研究

针对当前柔性应变传感器响应范围小、灵敏度低和稳定性差等问题，以多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料，制备出可印刷的导电复合油墨。为了提高MWCNTs在PDMS中的分散性，以获得具有高导电性和高印刷性的导电复合油墨，用硅烷偶联剂(KH570)对MWCNTs进行改性。改性后的MWCNTs/PDMS复合材料的导电性能和印刷效果有很大程度的提升。所制备的柔性应变传感器在获得较大应变范围(160%)的同时，也具有较高的灵敏度(74.1),此外，传感器还具有较好的稳定性(可进行1 000次循环加载)。将该传感器应用于人体运动监测，可准确检测到手指弯曲的变化。     

无铅BaTiO3/GO/PDMS复合的柔性叉指式压电发电机的设计与试验

传统的压电振动发电机具有工作频带窄,压电陶瓷易碎且含铅等缺陷,无法满足当前微型传感器件可穿戴、小型化、便携式等要求。本文制备了一种高性能的钛酸钡/石墨烯/聚二甲基硅氧烷(BaTiO_3/GO/PDMS)三元无铅压电复合薄膜。GO材料的比表面较大且流动性较强,在铁电材料中易形成微电容从而提高复合薄膜的压电性能。当BaTiO_3/GO/PDMS复合薄膜中GO质量分数为0.6wt%时,复合薄膜的介电常数和导电率分别为185和8.5×10-5 S/m。BaTiO_3/GO/PDMS复合薄膜的剩余极化强度值为13.47μC/cm2,比未添加GO材料时提高了28%。所制备的BaTiO_3/GO/PDMS三元复合薄膜发电机的最大输出电压达7.71V,是BaTiO_3/PDMS二元复合薄膜发电机的2.78倍。将BaTiO_3/GO/PDMS复合柔性纳米薄膜应用于非对称叉指式压电拾振结构,填充GO后非对称叉指式拾振结构的输出电压明显增加,拾振结构的-3dB带宽由未填充GO时的8.7 Hz增加到填充GO后的11.2 Hz。所提出的BaTiO_3/GO/PDMS无铅复合柔性压电纳米发电机在柔性能量采集拾振结构方面具有巨大的应用前景。     

一种薄壁构促装配柔性夹持装置的设计与有限元仿真

针对多种不同形状及尺寸薄壁筒段对接装配时,专用夹紧装置无法通用,导致飞行器制造成本高、周期长这一问题,对实现不同形状及不同尺寸薄壁筒段的柔性可靠夹持进行了研究。采用Inventor设计了一种基于8个两自由度机械协同工作模式的薄壁筒段对接装配用自动化柔性夹持装置,实现了对接孔所在工具圆直径在400 mm～1 156 mm范围内任意圆柱形或异型薄壁筒段结构的自动化柔性、快速、可靠夹持,薄壁筒段结构对接装配质量及效率显著提升;利用ANSYS Workbench对薄壁筒段结构对接装配过程中,柔性夹紧装置结构件受力最大的两个极限工位进行了静力学仿真分析。研究结果表明:该柔性夹持装置中各结构件受力合理、结构可靠,可应用于飞行器自动化柔性总装生产线。     

基底材料对石墨烯膜F-P声压传感器灵敏度的影响分析

文中以多层石墨烯膜为敏感膜片,分别制备了基于P DMS、SU-8、氧化锆的石墨烯膜F-P声压传感器,应用薄膜与基底之间吸附理论,分析了石墨烯膜与基底间吸附能相对于基底材料的杨氏模量成正向变化的趋势,并实验测试了所制备的声压传感器灵敏度.实验结果表明,制备的PDMS和SU-8基底具有较大的表面粗糙度,其虽降低了与石墨烯膜...     

激光诱导精密沉积铜箔实验

通过改变激光脉冲能量和激光聚焦位置,进行了激光诱导向前转移铜箔的实验,并通过超景深三维显微镜和扫描电子显微镜对基片和约束层上沉积的铜箔进行了观察,探讨了激光脉冲能量和激光聚焦位置对铜沉积效果所产生的影响,在此基础上研究了激光诱导向前转移的机理。研究结果表明,在石英玻璃基片上沉积的铜箔直径最小可达10μm,远小于激光光斑直径;在约束层上也沉积有铜箔,即同时出现了激光诱导向后转移的现象;光脉冲能量增大,石英玻璃上沉积的铜箔逐渐分散,尺寸逐渐增大,而且呈环形分布;通过调节靶材离焦点距离,可以使环形消失,并使沉积尺寸降到激光光斑尺寸以下。最后成功实现了微细阵列的激光诱导沉积。     

基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究

采用MEMS皮肤技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功研制出8×8阵列铂薄膜热敏电阻温度传感器。实验采用热氧化硅片为机械载体,以便于旋涂液态聚酰亚胺柔性衬底上器件的加工。最后用湿法腐蚀方法将柔性器件从载体上释放下来。试验表明聚酰亚胺衬底上的铂薄膜热敏电阻与温度的变化具有良好的线性,其电阻温度系数达0.0023/℃。与固态聚酰亚胺膜衬底相比,采用旋涂液态聚酰亚胺解决了制备中遇到的两大主要困难:其一,消除了涂聚酰亚胺衬底与载体界面之间的气泡,聚酰亚胺衬底表面能保持良好平整度;其二,制备过程中由于热循环而使柔性衬底产生的热膨胀明显减小。这种柔性温度传感器阵列易贴于高曲率物体表面以探测小面积温度场分布。     

用于应力测量的可调谐光栅

为了更简单地制备出可用于应力测量的光栅褶皱结构,采用基于刚性薄膜/柔性衬底的自组装工艺制备了可调谐光栅。首先在聚乙烯对苯二酸脂(PET)薄膜上旋涂一层聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜,将双层薄膜弯曲并用氧气等离子体处理,在其表面生成一层刚性氧化层,借助柔性PET对刚性层施加均匀应力,当应力超过临界值时,在PDMS基底上自组装形成光栅褶皱结构。然后根据光栅分光原理,将这种可调谐的光栅结构应用于应力测试。实验结果表明:当光栅的曲率半径为1.4mm时,制备的可调谐光栅褶皱在0%~10%的应变范围得到的波长变化为452~507nm;当光栅的曲率半径为5.6mm时,制备的可调谐光栅褶皱在0%~15%的应变范围得到的波长变化为498~572nm。本文提出的可调谐光栅制备方法是一种成本低、工艺简单、可批量化生产的工艺方法,也是一种制备变间距光栅的潜在方法,未来有望应用于光谱仪、光通讯等领域。     

柔性薄膜太阳能电池用不锈钢基板的成形技术

综述了不锈钢基底薄膜太阳能电池的研究进展及其不锈钢基板的国内外生产情况,并针对柔性薄膜太阳能电池对不锈钢基板的品质要求,介绍了不锈钢基板的成形过程,其中包括基板的轧制成形、光亮退火及拉伸矫直等一系列关键技术。     

HEAT TRANSFER ANALYSIS OF LASER-ASSISTED NANO-IMPRINTING ON A METALLIC SUBSTRATE – TECHNICAL COMMUNICATION

Laser processing of materials performed on a whole range of substrates has been widely investigated in recent years. It is crucial to understand the mechanism of the processing and to predict how it works in various situations or with different materials. The technique of laser-assisted nano-imprinting lithography (LAN) has been proposed in the literature. In this work, a metallic substrate was adopted as the substrate instead of silicon conventionally used. The micro/nano-scaled patterns transferred on the metallic substrate by LAN process could be further manufactured by chemical/electrochemical etching or electroforming. Alternatives of the substrate materials could lead to possible versatile applications in micro/nano-fabrication. In order to demonstrate the feasibility of this concept, this study employed the optical multiple reflection theory to perform both analytical and numerical modeling during the process. The substrate of copper was selected as a demonstration case to predict the thermal response theoretically.     

Friction and Wear Properties of Graphite-Like Carbon Films Deposited on Different Substrates with a Different Interlayer Under High Hertzian Contact Stress

Four types of graphite-like carbon (GLC) films were deposited on different substrates (Ti6Al4V, WC-27CrNi) with a different interlayer (TiC/Ti, TiC/Ti/TiN) using an unbalanced magnetron sputtering system. The effect of substrate and interlayer on the microstructure and properties of the studied GLC films was then investigated using different characterization techniques. The results show that both the substrate and interlayer had an obvious influence on the tribological properties of the studied GLC films even though there was no significant structural difference between these films. Specifically, a substrate with a high hardness was propitious to achieving superior tribological behaviors for carbon film even with a different interlayer. However, the interlayer had a distinct influence on the tribological properties of the carbon film deposited on different substrates, and this effect varied with the hardness property of the substrate. For a hard substrate, the wear rate and wear life were similar irrespective of the interlayer. For a soft substrate, the addition of a TiN interlayer improved the wear life sevenfold compared to the film with only a TiC/Ti interlayer, but the wear rate for a film with and without a TiN interlayer was approximately the same. The obvious discrepancy between wear life and wear rate for a carbon film deposited on soft substrate was closely related with the film adhesion strength and plastic deformation of the substrate materials. Based on these results, it can be concluded that the wear life is a better parameter than wear rate in terms of characterization of the wear resistance of carbon film once the applied load causes the plastic deformation of the substrate.     

Investigation on residual stress and stress-optical coefficient for flexible electronics by photoelasticity

For flexible electronics in manufacture, the full-field stress measurement is an important issue for the film deposited on the flexible substrate. In this work, the two-dimensional photoelasticity is proposed to measure stress-optical coefficients and an analytical derivation is carried out for investigation on full-field residual stresses under tensional forces. In experimental setup, a polarization beam splitter (PBS) is used to connect with two CCD cameras that are used to capture the intensity of right-hand and left-hand circular polarization separately. It has higher measured speed and better uniformity than a direct rotation method. Stress-optical coefficients can be calculated by extracting the slope from tensional stress versus optical retardation curve. Experimental results show that optical retardations for indium-tin-oxide (ITO)-coated PET (polyethylene terephthalate) substrates can be affected more easily than PET substrates under tensional forces. The difference of stress-optical coefficients between 0° and 90° orientations for PEN (polyethylene naphthalate) substrates is smaller than that for PET substrates. Furthermore, it shows residual stresses for ITO-coated PET substrates in 0° and 90° orientations are different under tensional stress.     

基于应变梯度理论的光栅铝膜本构关系表征及纳米压痕实验

基于应变梯度理论,提出了一种玻璃基底光栅铝膜本构关系的表征方法。建立了包含基底参数和铝膜参数的本构关系数学模型,并逐一表征了相关参数。进行了79g/mm中阶梯光栅铝膜的纳米压痕实验,验证了上述本构关系表征过程的正确性。提出了光栅薄膜材料和基底材料都具有尺度效应的假设,并应用纳米压痕实验对铝膜的尺度效应和基底效应进行了实验表征。对光栅铝膜压痕实验与含基底压深实验的结果进行了比较,结果显示,在有无基底条件下,压痕结果在应力方向上相差0.8倍,在应变方向上相差3倍。进行了光栅刻划实验,结果显示压痕实验对刻划实验具有重要的指导作用。研究过程及研究结果表明:理论分析和两种实验可有效地分析光栅刻划过程,有助于在实际光栅刻划过程中减小误差,对光栅刻划的工艺过程具有较好的理论指导意义。     

基于微机电系统技术的微型热电致冷器研究进展

介绍热电材料、热电器件的原理及发展历史,从材料及结构两方面,对基于微机电系统加工工艺的微型热电致冷器的最新研究进展进行综述,比较不同材料及不同结构的性能特点,对块体热电材料和低维热电材料的研究进展进行介绍,着重分析超晶格薄膜材料及Cross-Plane型器件,指出研究具有更高优值系数的新型材料,在维持Seebeck系数不变的同时提高电导率并降低热导率,及采用新的加工工艺优化致冷器的结构,减小接触电阻、接触热阻等,是提高热电致冷器性能的有效手段。