柔性纺织电阻传感器的研究进展

纺织电阻传感器具有质量轻、柔性好和可拉伸等优良特性,在可穿戴电子产品领域具有很大的应用价值.文中根据近年来不同纺织材料基电阻传感器的研究进展,介绍了无捻纤维(束)基电阻传感器、纱线(长丝纱、短纤维纱、复合纱)基电阻传感器和织物(针织物、机织物、非织造织物)基电阻传感器的制备、性能及应用研究.在纱线基电阻传感器中,主要基...     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

基于层层自组装纳米碳管薄膜的应变传感器

以层层自组装单壁碳纳米管网状薄膜为敏感材料,在柔性基底上制作了应变传感器,并对薄膜和器件性能进行了测试。测试结果表明:薄膜组装均匀,电导性良好,电阻随组装层数增加呈指数态下降;器件对应变呈现较好的敏感特性、线性响应和可恢复性,灵敏度为4.25;通过添加防护层屏蔽外界湿度及光照影响,传感器稳定性显著提高。该传感器可用于弯曲表面的应力应变检测。     

基于聚二甲基硅氧烷柔性传感器的研究进展EI北大核心CSCD

与传统应变传感器相比,柔性传感器的柔韧性、可穿戴性和实时监测是独特的优点,近年来柔性传感器快速发展并应用于医疗检测、可穿戴设备等多方面,由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的优异理化性质,常作为柔性传感器基底。文中总结了近年来用PDMS作为柔性传感器基底的研究工作,首先对PDMS纳米复合材料的传感机理进行详细的介绍,包括压阻式、电容式与压电式传感机制;然后对以碳纳米管(CNT)、石墨烯与纳米银等为纳米填料的PDMS基柔性传感器进行了详细综述;最后,对PDMS基柔性传感器的研究现状及存在的问题进行了总结并做出展望。     

生物质衍生碳在电阻式应变/压力传感器中的最新应用进展与关键挑战（英文）

近年来电阻式应变/压力传感器在运动行为监测、人类健康诊断和人机交互等领域展现了不可替代的作用,因而刺激了人们对其需求的急剧增长.材料和结构设计对电阻式应变/压力传感器的性能有着不可忽视的影响,而生物质碳(BDCs)具有丰富的来源、多样的结构和令人满意的导电性等优良特性,被认为是制造电阻式应变/压力传感器的优异候选材料之一.本综述介绍了BDCs材料在电阻式应变/压力传感器领域的最新进展及其目前面临的主要挑战.首先,系统地概述和讨论了已报道的电阻式应变/压力传感器的分类方法、评价标准和传感机制.其次,总结了具有不同宏观结构(包括一维、二维和三维结构)的BDCs材料的制备及其在电阻式应变/压力传感器领域的最新应用进展.详细分析了具有不同宏观结构的BDCs材料在电阻应变/压力传感器领域的各自应用优势,并讨论了不同宏观结构与器件综合传感性能之间的关系.最后,提出了基于BDCs材料的电阻式应变/压力传感器的未来前景和主要挑战,及其未来发展的研究方向.     

电阻式柔性触觉传感器的研究进展

电阻式柔性触觉传感器具有柔韧灵敏、简单可靠、检测范围广、易于集成化等特点，在触觉感知、人机交互、医疗健康等传感应用领域占据着极其重要的地位，具有广阔的应用前景。随着电阻式柔性触觉传感器的发展，其制备技术和结构设计愈加精密成熟，3D打印技术的应用以及各类微结构的设计使传感器柔韧性和灵敏性得到了极大的提高。然而，目前高性能电阻式柔性触觉传感器的制作工艺仍旧十分复杂，严重限制了其批量生产的能力。再加上电阻式柔性触觉传感器不能实现剪裁拼接、高效低耗等功能，因而无法满足人们对其大面积覆盖和高密度触觉感知的期望。此外，就性能而言，电阻式柔性触觉传感器也难以实现高柔与高敏的兼顾效果，在传感上仍有局限性。为了解决这些难点，众多国际学者在柔性衬底材料、导电敏感材料的选择，以及敏感单元、阵列结构的设计上进行了大量的研究，搭建电子皮肤触觉感知系统。如今，电阻式柔性触觉传感器已经朝着微型化、集成化、自愈合、自清洁、生物适应、生物降解、神经接口控制等方向发展，并在多功能传感上取得了卓越成果。本文首先介绍了电阻式柔性触觉传感器的检测原理和性能指标，然后从材料选择、结构设计和性能优化方面概述了电阻式柔性触觉传感器的...     

用于电阻式柔性应变传感器的导电聚合物复合材料研究进展

作为物联网的触角,传感器迎来了新的发展机遇。而随着可穿戴行业的发展,电阻式柔性应变传感器在人体穿戴实时监测、机器人仿生皮肤、医学健康跟踪、运动肢体捕捉以及生产振动检测等领域展现出广阔的应用前景。聚合物导电复合材料是电阻式柔性应变传感器最常用的应变传感核心材料,具有柔性好、应变检测范围大以及成本低的优势。但现有的基于聚合物导电复合材料的传感器普遍存在迟滞明显、线性度低、导电网络稳定性差的缺点,此外对于某些复合材料在应变过程中的导电机理阐释也存在缺陷。因此,近年来诸多学者从聚合物导电复合材料导电机理、不同导电填料的特性、聚合物本身特性以及不同的制备工艺等方面开展了大量的研究工作。在解释聚合物导电复合材料的导电机理方面,目前多采用渗流理论解释其导电过程。目前聚合物导电复合材料所用的导电填料主要分为碳系导电填料和金属系导电填料两大类,由于碳系导电填料的导电稳定性好、价格低,是目前使用的主流。而目前使用的聚合物基体主要分为硅橡胶、天然橡胶以及聚氨酯三大类,硅橡胶主要用于小应变、高灵敏度传感器,天然橡胶主要用于大应变传感器。而聚合物导电复合材料的制备工艺主要分为填充式、夹心式、吸附式三种,填充式的传感器应变范围较大,而夹心式和吸附式传感器应变范围相对较小。本文对聚合物导电复合材料的导电机理、导电填料、聚合物基体以及不同制备工艺进行了归纳和分析,并展望了柔性应变传感用聚合物导电复合材料今后可能的研究热点和发展趋势。     

压阻式柔性应变传感器研究进展

在信息时代,传感器已渗透到各个领域。压阻式柔性应变传感器因其优良的柔韧性、可拉伸/弯曲性以及在异形物体表面的“随形”贴合性,在智能穿戴、人机交互、结构服役过程监测等领域发挥了重要作用。压阻式柔性应变传感器一般有填充式、夹层式和吸附式三种结构,三种结构在制备复杂程度、重复性及传感性能等方面均有差异。研究者们多采用传统方法实现结构构筑,但传统方法普遍存在操作复杂、成本高、重复性差等问题,而采用新兴的3D打印技术可以高效、高精度、可重复地构筑传感结构,赋予了传感器更大的发展空间。在构筑压阻式柔性应变传感器时需采用柔性基体材料和导电填料,构筑得到的传感器主要有裂纹扩展、导电网络断开和隧穿效应三种传感机制,传感机制的形成与传感器的微观结构和材料有关。另外,压阻式柔性应变传感器的传感性能通常通过灵敏度、传感范围、耐久性等参数来表征,而如何兼具多项优异性能是目前的研究热点。同时,压阻式柔性应变传感器的配套器件和技术是限制其发展的主要因素,尤其是在供电和信号传输方面。本文归纳了压阻式柔性应变传感器在材料选择、结构构筑、机理探索、性能优化、应用开发等方面的研究进展,分析了压阻式柔性应变传感器目前所面临的...     

亚麻织物衍生碳基柔性可穿戴应变传感器（英文）

柔性可穿戴应变传感器对于发展人工智能、人体运动参数监测以及精准远程医疗均具有重要的辅助作用,碳基材料由于具有良好的导电性和机械性能是可穿戴应变传感器的理想备选材料。本工作以亚麻织物高温炭化产物为基体,通过表面修饰策略,将亚麻织物衍生炭与二维石墨烯、一维银纳米线有机融合,制备得到了复合型柔性可穿戴应变传感器。该应变传感器性能优良,应变工作范围大(60%),灵敏度高(应变范围为0～20%、20%～40%、40%～60%对应的应变系数分别为11.2、36.8、74.5),测量稳定性好,成功用于人体关节运动的检测(手腕、肘部、膝盖),具有潜在的应用前景。本工作对于高性能柔性可穿戴复合型应变传感器的创制提供了新思路。     

碳基纳米复合材料应变传感器的研究现状

传统的金属及半导体应变计的灵敏度低、韧性及延伸性差,限制了其在高应变领域的应用,因此提高应变传感器的敏感系数及应变性能成为一个重要的发展方向,柔韧的碳基纳米复合材料应变传感器是一种有效的解决方法。本文综述介绍了碳基纳米复合材料应变传感器的研究现状,包括:碳基纳米材料在聚合物基体中的含量、取向、分散性对应变传感器的性能的影响,不同基体复合材料传感器的制备方法以及应变传感性能,比较了它们的优缺点,为碳基纳米复合材料应变传感器的研制与开发提供参考。     

碳纳米管基电子皮肤研究综述

电子皮肤是一种能感知外部刺激并将其转化为相应电信号的柔性电子器件。本文介绍了采用碳纳米管制备电阻式和电容式电子皮肤的作用机理、制备方法、相关特性，结合不同的应用场景说明其发展空间，总结了碳纳米管基电子皮肤发展过程中存在的问题，并对其今后发展进行展望。     

应变梯度对传感器弹性体非线性的影响及应用

以２０吨电阻应变柱式传感器为例，应用有限元理论和计算机仿真技术研究弹性体工作区应变情况，指出了应变梯度的存在，分析了应变梯度及其它因素对传感器非线性的影响，推导出传感器非线性误差计算公式。提出了传感器弹性体优化设计的新方法，并应用于５０吨电阻应变柱式传感器弹性体的设计，实现了应用计算机仿真技术对传感器非线性误差进行计算．预测及设计指导。     

气溶胶微喷射打印柔性应变传感器及性能研究

目的 研究气溶胶微喷射打印工艺在制备柔性应变传感器方面的可行性。方法 利用气溶胶微喷射打印工艺不受限于柔性基底且打印定位精度高的优势,通过等离子清洗技术增大PDMS表面附着力,使用纳米银墨水与PDMS基底制作用于人体运动检测的电阻式柔性应变传感器。结果 通过等离子清洗PDMS基底表面,解决了打印过程中柔性应变传感器因PDMS表面纳米银液滴凝聚而产生的不导电问题。探究了气溶胶微喷射打印工艺参数对打印银线宽度的影响规律,发现增大鞘气流量或缩小喷头内径能有效减小打印线宽。利用高精度万用表检测由气溶胶微喷射打印制备的传感器在受力时产生的电信号,测试传感器在无应力状态下导电性良好且稳定,计算出传感器应变在3.5%内且灵敏度可达163.84。将传感器用于人体手指部位的运动监测,证明其具有检测微小信号的能力。结论 气溶胶微喷射打印工艺可用于制备所需要的柔性应变传感器,该传感器在智能穿戴设备方面具有一定应用潜力。     

柔性纳米复合材料压阻式应变传感器的研究进展

柔性纳米复合材料,由于其优异的传感性能、良好的延展性,在压阻式应变传感器方面,受到研究者们不断的关注,主要应用于智能可穿戴,结构健康监测等领域.本文主要从结构设计、制备方法、应用前景三方面,综述了近年来国内外对复合材料压阻式应变传感器在材料选取及结构设计下传感器性能的研究成果及研究进展.首先分析了压阻式传感器的性能参数...     

碳纳米管复合亚麻纤维柔性传感材料的制备

导电的碳纳米管(CNTs)与不导电的亚麻纤维(CEL)相结合,可以得到柔性导电复合材料。拉伸或弯曲该材料对其导电性能影响很大。根据电阻变化率(ΔR/R₀)可以敏锐地检测到材料形状的变化,因此CNTs/CEL复合材料适用于柔性传感器。用NaOH/尿素水体系处理亚麻纤维,得到CEL浆,再与不同浓度的CNTs悬浊液混合、抽滤、干燥,制得了CNTs/CEL复合材料。用XRD、FTIR和SEM分析了CNTs/CEL复合材料的结构形态。将CNTs/CEL复合材料制成形变传感器,用拉伸导电性能测试了拉伸对传感器导电性能的影响;将传感器应用到手指关节上,用电阻变化监测了手指弯曲时传感器的形变敏感性。结果发现,随着拉伸应变的增加,CNTs/CEL传感器的电阻变化率ΔR/R₀逐渐增大,50%应变下,ΔR/R₀达到980以上,能灵敏地感知到形状的变化;随着手指关节弯曲程度的增加,CNTs/CEL传感器电阻随之增大,手指最大程度弯曲时,CNTs/CEL传感器电阻可以达到12000 Ω以上,而且重复性良好。      

网格式柔性应变传感器的制备及应用

鉴于柔性应变传感器在人体运动监测、健康监测等领域的广泛应用,设计出兼具高灵敏度和大应变范围的柔性应变传感器具有重要的意义。本文基于Ecoflex-石墨烯复合材料,通过模板法制备了四边形和六边形网格式柔性应变传感器。通过对比两种不同网格结构传感器的应变范围与拉伸断裂极限,发现六边形网格柔性应变传感器的综合性能更优异,并在80%应变条件下进行拉伸/释放疲劳寿命检测,此传感器表现出良好的可靠性,同时该传感器在手肘关节运动和人体不同呼吸状况监测方面表现良好。将六边形网格柔性应变传感器组合构建多通道检测系统,实现了多种手势识别,这在人工智能和运动识别领域具有广阔的市场应用前景。     

新型三明治结构聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯-纳米Ag线/聚二甲基硅氧烷柔性应变传感器的制备与性能

为了提升柔性应变传感器性能，采用静电纺丝技术制备聚偏氟乙烯(PVDF)静电纺丝膜后，将自制纳米Ag线(AgNWs)抽滤在PVDF静电纺丝膜表面，作为导电层。采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)对导电层进行双面固化，制备了系列导电层中不同AgNWs含量的新型三明治结构的PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器，并对其性能进行表征和分析。结果表明，静电纺丝膜的引入明显改善了PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的各项性能，减少了滞后现象，增加了传感器的灵敏度和可重复性，并大幅提升了使用寿命。当导电层中AgNWs质量为 0.030 g，应变达到10%时，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器灵敏度的传感系数可达143.85。对PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器进行30天可重复试验后，在设定位移为5 mm、每天拉伸20次的条件下，PDMS/PVDF-AgNWs/PDMS柔性应变传感器的初始电阻值仅比初次试验时增加了约2 Ω，较最大位移时的电阻值可忽略不计。      

基于聚丙烯酰胺有机凝胶的柔性可变色应变传感器

柔性应变传感器在可穿戴医疗设备、电子皮肤等领域具有广泛的应用前景,然而传统柔性应变传感器只能输出电信号,缺乏对应力应变的直接可视化响应,限制了其在应力预警、健康监测等方面的应用。本文以柔性透明银纳米线(Silver nanowire,AgNW)/硅橡胶薄膜为电极,以浸渍有机电致变色染料和锂离子的聚丙烯酰胺有机凝胶(Polyacrylamide,PAAm)为变色单元,成功制备了一种具有三明治结构的柔性可变色应变传感器。研究结果表明,该PAAm传感器具有优异的拉伸和压缩回弹性及中等应变响应性能(响应灵敏度为0.7),此外它可在外力作用下产生颜色变化,实现对应变的可视化响应。该传感器在交互式可穿戴设备、电子皮肤、防伪、人工假肢和智能机器人等方面具有广阔的应用前景。     

聚合物基柔性导电应力应变复合材料的研究进展EI北大核心CSCD

柔性导电应力应变材料具有优异的拉伸性、导电性,在传感器、可折叠电子设备等方面有广泛的应用,其中聚合物基柔性导电应力应变材料因制备方法简单且性能优异而受到广泛的关注。文中综述了应用于应力应变传感方面的聚合物基柔性导体的制备方法的研究进展,包括直接混合法、表面改性法、喷涂打印法和渗透填充法以及表征手段,并总结了该领域存在的问题,展望了该领域今后的研究方向。     

超疏水柔性应变传感器在人体运动监测中的研究进展

柔性应变传感器是一种将外界应力变化转变为电信号的设备,它克服了传统刚性传感器硬度大、人体适应性差等缺点,作为一种可穿戴设备在人体运动监测领域有很大发展前景。但在恶劣条件或极端环境下使用仍然存在信号输出失真、易被腐蚀等风险。超疏水柔性应变传感器将超疏水涂层的拒水、表面自清洁、防腐抗污与柔性应变传感器的高延展性、高灵敏度等优势相结合,增强了传感器的性能并拓宽了在人体运动监测等方面的应用。本文综述了超疏水柔性应变传感器的基本性能参数、常用的构建材料与构建方法及其在人体运动监测中的功能与应用,并对该领域做出展望。