Embedded Sensors in Rubber and Other Polymer Components

Abstract: Many polymer components are susceptible to catastrophic failure or are critical to the performance of the products they comprise. Because of this, the capability to monitor structural failures or performance reduction in these components is beneficial. It is difficult to fabricate sensors for polymer components because they often have complex shapes or are assembled in isolated locations. To solve this problem, micro‐scale electronic sensors, embedded within polymer components, were developed at Purdue University. Conductive polymer materials were used as the primary sensing element in the sensors. Testing results reveal that embedded sensors in polymer components can successfully indicate significant signal changes more than 100 loading cycles prior to catastrophic failure. Multiple sensing methods and applications have been tested and more are being researched. These findings may open doors for future polymer sensors that can improve safety and provide useful measurements for polymer components.     

聚合物粘弹性中的一个基本问题

粘弹性是高分子材料的重要性能,但目前通用教材对其本质并未明确,描述也不统一,这不利于对粘弹性概念及外界条件对其影响规律的深入理解,文中认为应该明确粘弹性源于形变的时间依赖性。在外力作用下固体产生弹性形变,液体产生粘性形变,弹性形变和粘性形变都表现粘弹性,但是弹性粘弹性和粘性粘弹性不同,随松弛时间延长,弹性粘弹性逐渐偏离理想弹性而体现更多的粘性特征,粘性粘弹性则逐渐偏离理想粘性而体现更多的弹性特征。在此基础上分析了温度对线型非晶态聚合物粘弹性的影响规律。     

导电水凝胶在柔性可穿戴传感器的应用研究进展

目的 概述导电水凝胶在柔性可穿戴传感器方面的研究情况,挖掘其作为传感器件的应用潜能。方法 查阅大量相关的文献,对导电水凝胶在柔性可穿戴传感领域的最新进展进行归纳与总结。按水凝胶网络分类的4种导电水凝胶,总结归纳其设计、合成、结构和潜在应用。讨论导电水凝胶的导电性、力学性能、黏附性、防冻性能、自愈性能和各式响应性等功能性能的影响因素,总结自黏性、防冻性、自修复和其他多种优秀性能的柔性可穿戴传感器。结论 导电水凝胶是一种具有多功能的独特刺激响应性的功能材料,在柔性可穿戴传感领域进行深入探究具有重大意义。     

同轴干涉型光纤水听器声压灵敏度特性分析

建立了等效模型对含弹性增敏层的同轴干涉型光纤水听器的声压灵敏度进行了理论研究，分析了探头的结构参数和材料特性对声压灵敏度的影响．分析表明，水听器的声压灵敏度随缠绕光纤长度和芯轴长度的增加而增加，随骨架厚度和增敏层的厚度比例的减小而增大，同时采用杨氏模量和泊松系数小的增敏材料能够提高灵敏度．得到了提高探头声压灵敏度的有效途径，并制作了一系列光纤水听器样品，对理论分析结果进行了实验验证，理论分析结果与实验结果基本吻合．     

热致形状记忆聚合物的热力学性能

形状记忆聚合物作为一类新型功能材料,具有独特优点,近年来在机理研究和工程应用方面均受到高度重视。由于其功能实现主要是通过热激励实现的,建立其热力学本构方程是开展该类功能材料变形机理研究的基础。本文首先通过单拉伸实验研究了热致形状记忆聚氨酯在预应变分别为0%、5%、10%和20%下的形状冻结和恢复性能。考虑其冻结/恢复时间延迟效应、应力松弛效应以及热变形效应的影响,对其变形过程进行了理论分析。结果证实,理论预测值与实验测试结果较为吻合。     

粘弹性聚合物溶液孔喉模型流变动力分析

针对多孔介质中聚合物溶液的粘弹特性难描述的问题,通过对其在多孔介质中流动特征的分析,提出将粘弹性流体在孔喉模型中流动过程分为入口收敛阶段、通过孔喉阶段和挤出孔喉阶段,并将各个阶段压降分解为粘性耗散压降和弹性拉伸压降。通过张量分析的方法,综合考虑了聚合物溶液的假塑性、弹性和弹性回复特性以及多孔介质的孔喉比和孔隙因子(喉道长度与喉道直径之比)等因素,推导了各个阶段的粘性耗散压降和弹性拉伸压降的表达式,建立了粘弹性聚合物溶液通过孔喉模型的压降数学模型。实例计算结果表明,建立粘弹性本构模型时,必须考虑通过孔喉阶段和挤出孔喉阶段以及弹性流体的弹性回复;弹性特性是造成压降损失的影响因素,在聚驱过程中不可忽略。     

聚合物系统非线性扩散模型研究进展

综述了玻璃态聚合物/渗透剂二元体系、玻璃态聚合物/渗透剂/溶质三元体系的非线性扩散模型。详细阐述了线性和非线性的区别与联系,非线性的形成机制;根据聚合物系统中不同形式的扩散,对之进行了分类,表明非Fick扩散是聚合物系统主要特征之一。     

聚吡咯在气体传感器中的应用

利用聚吡咯(PPy)导电聚合物构建的气体传感器可检测常见的无机气体和可挥发性有机物(VOCs).综述了PPy基气体传感器的制备、气敏机制及其在气体检测方面的应用.影响其气敏性能的重要因素包括掺杂(特别是质子酸掺杂)、复合或填充处理、制备工艺、被检测气体或蒸气的性质及外界条件等.     

硅太赫兹波导配置及性能分析

针对现有太赫兹辐射源在输出频率可调性及输出功率方面的局限性。本文从非线性介质的Maxwell方程入手对非线性聚合物的光学性质进行理论分析,建立硅波导配置的数学模型。利用硅材料的高折射率,设计了硅太赫兹波导。分析了太赫兹波导模式图,讨论了硅太赫兹波导模式的有效折射率、波导损耗、连续波输出功率与输出频率的关系,实验结果表明:硅太赫兹波导产生的太赫兹波连续可调,输出太赫兹波频率范围宽至0.1THz到15THz,输出功率可达到微瓦级。     

基于复合光波导的生化传感器应用研究进展

光波导在光电技术领域有广泛的应用,复合光波导结构是在平面光波导上涂覆高折射率薄膜而得到的。基于复合光波导的生化传感器具有非标记、可逆、响应速度快等优点,在环境污染监测领域有广阔的应用前景。介绍了复合光波导的结构和机理,综述了基于复合光波导的生化传感器应用研究进展。     

TiO2纳米管气敏材料的研究与应用

TiO2纳米管在气体传感、光电转换、光催化、光裂解等方面具有广阔的应用前景.在气体传感器领域,最新的研究数据表明:室温下通入1000×10-6H2,TiO2纳米管气体传感器的灵敏度高达108.7,这是迄今为止所有材料在任意温度下对任意气体的最大灵敏度.综述了TiO2纳米管气体传感器的研究进展,分析了TiO2纳米管的制备方法、微观结构以及TiO2纳米管气体传感器的性能和敏感机理,展望了TiO2纳米管气体传感器的发展方向.     

聚合物结构对聚合物网络稳定液晶薄膜电光性能的影响

用带有联苯结构的双丙烯酸酯和单丙烯酸酯作为单体,采用紫外光引发聚合诱导相分离法制备了聚合物网络稳定液晶(PSLC)薄膜。研究了不同液晶含量、固化时间、单体结构、取向层对PSLC膜电光性能的影响。结果表明,随着液晶含量的增加,样品的关态透光率(TOFF)随之增大,驱动电压则呈减小趋势;相对而言,随固化时间的增加,样品的TOFF则降低。在PI作取向层时,由双丙烯酸酯单体制备的样品表现出了较高的TOFF,而由单丙烯酸酯单体制得的样品,因其聚合物网络结构的不稳定性,在较低电压情况下就出现了"变形"的电光曲线。     

高聚物注浆材料的弯曲性能

以双组份发泡聚氨酯为代表的非水反应类高聚物材料,已成为一种综合性能优良的高聚物注浆材料,研究其弯曲性能十分必要。根据高聚物注浆材料的特点,研制了高聚物注浆材料成型模具,制作了不同密度的高聚物试件,采用三点受力加荷方式,对不同密度的试件进行了弯曲性能试验研究。试验结果表明,高聚物注浆材料的最大弯曲力随着密度的增大而增大,破坏时的最大形变随密度的增加而减小;在密度较小时,高聚物的破坏呈塑性屈服形态,而密度较大时,高聚物注浆材料的破坏则呈脆性断裂形态。研究成果为高聚物注浆材料的工程应用提供一定的参考,特别对堤坝防渗加固工程中超薄型高聚物防渗墙的设计提供重要依据。     

含氟聚合物在溶液中的聚集行为与其固化后表面性质

含氟高分子材料的优异表面性能主要依赖于含氟组分在表面的富集和排列。高分子溶液经常用来制备各种材料,在固化过程中含氟高分子在溶液缔合状态影响含氟组分在表面的富集。文中主要综述了含氟组分组成、结构、溶剂等对含氟聚合物分子在溶液中聚集形态的影响,以及聚合物聚集形态对其固化后表面结构性能影响的研究进展。     

超支化聚合物在涂料中应用的研究进展

介绍了超支化聚合物独特的分子结构和性能特点,综述了国内外在应用超支化聚合物制备Uv固化涂料、粉末涂料、高固体分涂料、有机-无机杂化涂料、水性涂料及其它一些特殊涂料方面的研究进展,指出了目前超支化聚合物在涂料中应用存在的主要问题,并展望了其发展趋势.     

不同衬底条件对MEMS压阻传感器性能的影响

为了研究不同衬底条件对MEMS压阻传感器性能的影响,采用3种掺杂条件的衬底进行实验测试．在各步骤热过程后,对3种衬底条件下压阻区、引出区和保护框的方块电阻进行了测量和分析．通过对各部分方块电阻的测量可以看出,对于压阻区（P^-区）,A#和B#的方块电阻在开始注入扩散时相差很小,而由于注入杂质在高温下进一步扩散,衬底掺杂浓度对扩散后杂质分布的影响加大,方块电阻在后续的热过程中差别增大．通过比较不同衬底条件下各个热过程后的压阻数据,发现在3种掺杂条件中,20～40Ω·cm的衬底最符合预期压阻的设计．此结论已用于指导实际产品生产．     

导电聚合物基气敏材料研究进展

综述了本征型导电聚合物(ICPs)基气敏材料的制备方法及影响其气敏性能的各种因素。制备ICPs气敏材料的主要方有电化学聚合或沉积、化学氧化聚合和气相聚合,影响其气敏性能的重要因素有掺杂(特别是质子酸掺杂)、对ICPs进行复合或填充处理、ICPs气敏材料的制备工艺、被检测气体或蒸气的性质以及外界条件等。     

聚合物基纳米复合材料的合成、性质及应用前景

介绍了聚合物 无机纳米复合材料、聚合物 /聚合物纳米复合材料的制备方法、性质、发展方向以及应用前景。对聚合物基纳米复合材料今后的发展提出了一些自己的见解