CNT/EP复合材料应变传感器的实验研究

将碳纳米管(CNT)均匀分散在环氧树脂(EP)基体中,在一定温度下固化后可制得CNT/EP导电复合材料,其导电率随CNT含量的升高而升高。通过实验研究CNT/EP复合材料拉伸应变与其电阻之间的关系,将CNT/EP复合材料制成片状贴附于有机玻璃板材拉伸试样上,采用CMT-05型万能拉伸试验机对其进行拉伸试验,同时使用LCR测试样品的实时电阻。实验显示,复合材料薄片的电阻随应变的增加而增大,但增大的幅度与CNT含量有关,因此,可以利用CNT/EP复合材料薄片的这种力-电特性制造应变传感器。研究表明,试制的CNT含量为0.2%的复合材料应变传感器灵敏度最好,可比传统箔式应变传感器的灵敏度高5倍以上。     

多壁碳纳米管/聚吡咯导电复合材料的制备及性能

以羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs)和吡咯单体为反应物,通过原位聚合方法成功制备了MWCNTs/聚吡咯(PPy)导电复合材料;通过傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、热重分析仪及四探针电导仪对复合材料的结构与性能进行了表征。结果表明:羧基化MWCNTs高的长径比和大的比表面积使得复合材料比纯PPy的电导率和热稳定性能有显著提高;随着MWCNTs含量增加,复合材料的电导率和热稳定型均明显提高;当MWCNTs质量分数为20%时,复合材料的电导率达到11.1S·cm-1。     

基于二氧化硅溅射的PMMA和PDMS亲水改性

为了提高以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料的微流体通道的浸润性,通过溅射SiO2对PMMA和PDMS进行了表面亲水改性处理。首先,对PMMA和PDMS进行氧等离子刻蚀,改变其表面形貌;然后,溅射SiO2进行表面亲水改性处理,由不同溅射时间得到不同厚度的SiO2薄膜。在亲水处理后一段时间之内对PMMA和PDMS表面分别进行接触角测量,评价不同条件下的改性效果,并对改性后的样片进行黏接性测试。结果表明:氧等离子刻蚀后,溅射时间10min以上的PMMA表面可在10天内保持极亲水的状态;溅射时间15min后的PMMA在35天之内接触角不超过10°;PDMS的亲水性可保持10天,接触角不超过60°;高温老化处理能延缓PDMS表面疏水性的恢复。实验结果显示:氧等离子刻蚀之后,溅射SiO2的方法可使PMMA和PDMS获得较长时间的表面亲水改性效果。另外,亲水改性处理后的PDMS之间仍可实现有效黏接,改性PMMA与未改性PDMS也能有效黏接。     

柔性电子PVDF传感器应力应变分析

为了分析应变隔绝层对有源器件层的应力应变影响,应用ABAQUS分析软件建立了柔性电子PVDF(聚偏氟乙烯)传感器的有限元模型,依据悬臂梁理论,得到柔性传感器在弯矩载荷作用下的应力云图,分析影响应力应变的主要因素。分析结果表明:应变隔绝层的弹性模量值越小,整个柔性PVDF传感器的的应变最大值越大;泊松比对整个模型结构的应变值影响较小。     

一种纳米复合材料的压力传感器研究

研究了一种由多壁碳纳米管(MCNT)和环氧树脂的混合物制备而成的球状压力传感器,对传感器的工作机理进行了分析,基于固体力学理论建立了传感器电阻和压力的关系模型,表明传感器的电阻随外压的增加而减小。同时,传感器的灵敏度依赖于球体直径和碳管添加量两个重要参数,即球体直径越小,传感器灵敏度越高;碳管添加量越大,传感器灵敏度越低。研究亦开展了针对性实验,实验结果与理论预测相吻合,证明了提出的理论模型的正确性。研究为压力传感器的结构优化与灵敏度的提高提供了参考。     

NMP/PVP-MWCNTs湿度传感器制备与测试北大核心CSCD

碳纳米管制备敏感薄膜时往往会因其分散性差,无法保证纳米薄膜的均匀性,从而影响传感器的性能。使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散剂对多壁碳纳米管进行表面活性处理,制备以多壁碳纳米管为湿敏材料的电阻型湿度传感器。传感器用微机电系统(MEMS)工艺制备叉指电极作为湿敏电阻,在100℃下将多壁碳纳米水溶液组装在电极上,使用原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)对湿敏薄膜进行形貌表征。经测试,传感器线性度为0.99806,灵敏度为42.99923Ω/%,相对湿度20%~70%循环测试时响应时间为5 s,恢复时间为6 s,且传感器具有良好的重复性和稳定性。     

柔性触觉传感器用导电橡胶的纳米SiO2改性技术

分析了纳米SiO2的特性及其对柔性触觉传感器改性技术的机理.文中通过进行纳米材料对柔性触觉传感器用敏感材料导电橡胶的掺杂实验,研究了添加纳米SiO2对导电橡胶的导电性、电阻蠕变特性和温度稳定性的影响结果,并分析了其对触觉传感器的线性、滞后、重复性的改善.并通过对添加不同含量和未添加纳米粒子的材料的性能对比,获得了纳米SiO2的添加质量份数为3%时的触觉传感器综合特性指标较好.实验结果表明了纳米材料对柔性触觉传感器材料的良好改性作用.     

镓基液态金属柔性应变传感器的设计优化与实验验证

为了描述传感器微通道结构对传感器输出特性的影响,本文引入传感器横纵微通道长度关系的参数横纵比,综合考虑传感器中垂直和平行于应变方向的微通道中液态金属在应变下的电阻变化规律,建立了镓基液态金属柔性应变传感器数学模型。根据建立的数学模型,优化设计并制备了5种应变传感器样品,在40%应变范围内进行实验。结果表明本文建立的数学模型可以良好地预测不同微通道结构传感器的输出,并为设计优化高灵敏度传感器提供了方向。实验测试结果表明设计的应变传感器在40%应变时的灵敏度为2.01、滞后度为5.1%,且重复性和输出稳定性较高。将设计的传感器用于手指、手肘的关节运动检测,探索了镓基液态金属柔性应变传感器在关节运动检测方面的应用。本文为镓基液态金属柔性应变传感器在可穿戴领域中的应用提供了理论支持。     

基于多壁碳纳米管的QCM甲醛传感器的研究

采用化学还原沉积法制备了经贵金属钯(Pd)修饰的多壁碳纳米管(MWCNTs),Pd均匀地分布在多壁碳纳米管上,Pd/MWCNTs的平均粒径为4 nm.以Pd/MWCNTs作为敏感材料将其均匀地涂覆在石英微振天平(QCM)表面制成QCM甲醛传感器.测试系统安装了2个QCM:参比QCM(洁净的晶振)和敏感QCM(涂覆了 Pd/MWCNTs的晶振),传感器的响应为通入待测气体前后这2个QCM间频率差的变化值.在室温条件下,该气体传感器对甲醛气体具有较明显的响应,线性范围为1.3～65 mg/m3,检出限可达0.026 mg/m3.对13 mg/m3甲醛气体的响应为262.4 Hz,响应时间约为120s,恢复时间约110 s.该传感器具有可重复性、较好的使用寿命和一定选择性.     

碳黑基高灵敏度弹性应变传感器的制备与性能研究

提出一种使用碳黑(carbon black, CB)作为敏感材料,硅橡胶(silicon rubber, SR)作为弹性基底,并使用MEMS工艺制作的柔性电极制备而成的CB/SR弹性应变传感器。主要介绍了CB/SR弹性应变传感器的制备工艺,并标定了应变传感器和对传感器进行了循环拉伸耐久度测试,最终使用该传感器测试了人体运动及生理信号。测试结果表明该传感器最大拉伸范围为100%,应变灵敏度系数(gauge factor, GF)达到了143.14,响应时间仅为73 ms,可承受3 000次循环拉伸,能够用于监测关节运动和脉搏等人体活动,在可穿戴设备、康复设备等领域具有广阔的应用前景。     

基于新型导电橡胶的三维力柔性阵列触觉传感器研究

针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息.该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,操作简便,有利于触觉传感器的产品化.介绍了该传感器的基本结构及其工作原理,并对三维力的检测进行了仿真研究,结果表明该传感器能够实现对三维力信息的检测.     

基于导电硅橡胶的力触觉传感器结构设计

基于量子力学的隧道效应,探究导电硅橡胶的压阻特性,以实验的方式拟合压力和导电硅橡胶电阻值的数学模型。根据触觉传感器压力检测方式,设计多层式传感器结构,实现外界接触力的检测,并对传感器的输出特性进行误差分析,验证了该传感器结构的合理性。     

离子液体柔性应变传感器3D打印工艺及性能研究

可拉伸柔性应变传感器是柔性电子系统的关键组成部分。离子液体具有优异的电学性能、低挥发性、高稳定性等特性,在化学和电子研究领域应用广泛。但是离子液体流动性强,而且不可拉伸,无法直接应用于柔性电子系统。为此,基于硅胶包覆离子液体的同轴3D打印技术,提出一种可拉伸柔性应变传感器制造方法,实现了离子液体和其可拉伸封装材料的一体式加工。设计了可拉伸变形的离子液体原位封装结构,开发了用于同轴打印的挤出系统,优化了同轴包覆的3D打印工艺,并在此基础上对所制柔性传感器进行了各项传感性能测试。发展了一种多材料多功能结构的同轴3D打印技术,探索了离子液体在柔性电路中的实际应用,为柔性电子系统的设计与加工提供了新的思路。     

适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作

改进了适用于压力驱动的PDMS/玻璃复合微流控芯片的制作方法,可在20min内制作出厚度均匀、大小一致的PDMS芯片。通过对PDMS盖片进行光学处理后,既改善其表面的亲水性,又可与玻璃基片进行不可逆封接。通过在芯片储液池部位安装压驱入口接头,使注射泵或蠕动泵的流体运输管道与芯片微通道实现良好接合,操作简便、死体积小。是一种适用于以细胞分析为目的的微流控芯片构建方法。     

多壁碳纳米管改性UHMWPE的热膨胀和摩擦学性能研究

为了降低摩擦副用聚合物的热膨胀系数,用多壁碳纳米管(MWCNTs)改性超高分子量聚乙烯(UHM-WPE),通过热压成型法制备MWCNTs/UHMWPE复合材料.通过测量电导率计算渗流阈值来表征分散性;用热膨胀仪(DIL)测试复合材料的热膨胀率,并在干摩擦环境下,测试不同MWCNTs含量复合材料的摩擦学性能.结果表明:通...     

氧化石墨烯/碳纳米管复合薄膜制备及表征

将氧化石墨烯(GO)和COOH官能基多壁碳纳米管MWCNT-COOH在去离子水中混合。用超声探针对GO/MWCNT-COOH水溶液进行超音波处理。表面活性剂Triton X-100能使GO和MWCNT-COOH在水中更好地分散。使用真空泵,使悬浮液通过PTFE膜过滤,GO和MWCNT-COOH混合水溶液沉积在PTFE过滤膜上形成复合薄膜。用扫描电子显微镜对薄膜进行表征。用纳米压痕仪检测薄膜的力学性能,通过霍尔效应检测薄膜的导电性能。结果表明,复合薄膜随着GO含量的增加杨氏模量和硬度不断提高,还原前复合薄膜随着GO含量的增加导电率不断降低,热处理还原后复合薄膜随着GO含量的增加导电率迅速增大。     

基于单壁碳纳米管阵列的力敏传感器

利用传统的硅微加工技术,在硅片上制作出平行的微电极对,然后对硅片进行深刻蚀穿通,在微电极对之间获得长方形的贯通缝.接着利用大气流定向式的化学气相沉积方法在带有贯通缝与微电极的硅片上生长出超长单壁碳纳米管阵列,使单壁碳纳米管阵列较整齐地悬于平行电极对之间,待将生长有纳米管的硅片粘在聚氯乙稀薄板上之后,再用激光技术切除掉贯通缝的连接部分,使作用于聚氯乙稀薄板上的力能够直接传递到单壁碳纳米管阵列.引出导线,完成此微纳力敏传感器件的制作.随后主要开展悬空单壁碳纳米管阵列应变传感方面的研究,获得了较高的压阻因子与线性度.结果表明这种制作方法具有过程简单、成本低等特点,为基于碳纳米管的微纳传感器件的制作提供新的思路.     

基于粘贴式应变称重传感器的设计

设计了一种便于安装、应用方便的粘贴式应变称重传感器。该传感器采用弹性基座结构传递应变,采用电阻应变片组成恒压电桥电路检测应变,通过选取合适的弹性元件和敏感元件,并根据相关指标确定其合适尺寸,最后通过严格粘贴、封装工艺等使设计的传感器达到相应的指标要求。     

柔性光纤压力传感器的增敏结构设计

为了提高光纤压力传感器的灵敏度,提出了一种具有倒凹槽结构的柔性光纤压力传感器的设计方案.用聚二甲硅氧烷(P DMS)作为该传感器柔性基底,通过P DMS受力形变,带动光纤发生形变,从而实现光纤的轴向拉伸.利用光频域反射计(OFDR)测量光纤的轴向应变变化.对所提出的增敏结构传感器和改进前的传感器进行Abaqus有限元仿...     

石墨烯-聚合物柔性电容传感器制备及性能研究

为了研究不同微结构对柔性电容式压力传感器性能的影响,采用成本较低的旋涂技术制备了无微结构、单层微结构和双层咬合微结构的柔性电容式压力传感器。通过对三种传感器进行测试试验,对比分析了具有不同微结构传感器的灵敏度,同时,对具有单层砂纸微结构传感器的响应特性、重复特性和迟滞特性进行了测试分析。试验结果表明,在20 kPa的载荷下,具有单层砂纸结构的柔性电容式压力传感器相较于其他两种传感器具有较高的灵敏度,在0～4 kPa的压力范围内灵敏度为0.451 kPa-1,4～6 kPa压力范围内灵敏度为0.14 kPa-1,6～25 kPa压力范围内灵敏度为0.03 kPa-1。制备的传感器具有较强的响应特性、良好的恢复性和稳定性,能够适应柔性可穿戴电子器件的应用需求。