柔性氧化亚铜基非酶葡萄糖传感器的制备及其传感行为

采用一步湿化学法制备立方氧化亚铜(Cu_2O)晶体,通过磁控溅射技术在聚酰亚胺柔性衬底上沉积图案化的金薄膜,构建以Cu_2O为工作电极、银/氯化银为参比电极,金为对电极的电化学三电极结构,并将该三电极结构作为非酶葡萄糖传感器。实验结果表明:该柔性传感器可以承受弯曲、折叠、扭曲等多种变形;对葡萄糖分子表现出良好的电催化活性,可检测的葡萄糖浓度线性范围为10.0μmol/L～7.0 mmol/L,灵敏度高达346.1μA·(mmol/L)~(-1)·cm~(-2),检出限低达10.0μmol/L;对抗坏血酸、尿酸、多巴胺和其他离子等物质具有很强的抗干扰性,并且传感器在弯曲达到45°时依然能够正常工作,催化性能稳定。     

柔性还原氧化石墨烯多功能传感器制备及性能研究

高灵敏和多功能的传感材料与器件是实现柔性传感器感受外部环境和监测人体生理特征信息的关键。采用简单的压印转移技术将还原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)转印至聚二甲基硅氧烷(PDMS)上,制备柔性RGO薄膜,再利用双层柔性RGO薄膜构建柔性力敏传感器。通过磁控溅射技术在柔性RGO薄膜表面沉积叉指电极,封装后得到柔性湿敏传感器,研究不同外压力及湿度条件下多功能柔性RGO薄膜的力敏和湿敏特性。研究结果表明:在负载状态下,RGO片层间距减小,片与片间的接触面积增加,从而增加了导电通路,引起传感器电阻减小。该柔性力敏传感器的响应时间为540ms,对30mg的药丸有明显的压阻响应,且能检测人体脉搏信号和喉部声带振动信号,表现出很高的灵敏度。此外,该柔性湿敏传感器对呼气等行为引起的微小湿度变化有明显感应,湿度增加时RGO表面吸附更多的水分子,从而引起电阻增大,多次检测信号变化稳定。     

丝素蛋白/聚丙烯酰胺基导电复合水凝胶的制备及力学传感性能

将丝素蛋白和聚丙烯酰胺作为柔性基体,磷掺杂还原氧化石墨烯作为导电物质,按不同比例混合后,设计并制备出一种软导电水凝胶。采用扫描电子显微镜对水凝胶的形貌进行观察,用万用电表对水凝胶的传感性能进行检测,并通过万能试验拉伸机测量水凝胶的弹性。制备的水凝胶具有显著的可拉伸性和压缩性,力学性能稳定,可组成具有宽传感范围的应变/应力传感器（应变：2%～800%;应力：0.5～85 kPa）。对水凝胶进行多次压缩-回复测试后,水凝胶仍能回复原状。采用制备的水凝胶传感器监测人体的一系列物理信号（关节运动、面部姿势、脉搏、呼吸等）,这种由丝素蛋白、聚丙烯酰胺组成的水凝胶是一种多功能材料,可用于可穿戴电子设备、健康和运动监测器、软机器人等领域。     

基于激光诱导向前转移的可调光吸收银纳米薄膜（英文）

激光加工技术具有可控性强、按需制备的优点,可用于制备表面等离激元金属纳米结构,在光吸收及光热转换领域具有广泛的应用价值。本文中采用激光诱导向前转移技术制备的银纳米薄膜,具有光学吸收率可调的特性,兼容玻璃、柔性聚合物等衬底。通过控制激光线扫描间隔得到具有不同形貌且随机分布的银纳米结构薄膜,其具有宽光谱平坦吸收特性,光吸收率可在11%到81%之间线性调节,同时反射率低于17%。此外,利用优化的激光脉冲能量(45μJ)得到了具有高平坦光吸收特性的银纳米薄膜,其吸收率为60%,波动为±1%。这一技术可实现银纳米薄膜的图案化高速转移,转移速率可达10³到10⁵ cm²/h。实验同时展示了银纳米结构薄膜的光热转换造成的图案化温升现象。     

基于MEMS技术的集成压力-湿度传感器

设计了一种高灵敏度的集成压力和湿度传感单元的芯片。压力传感单元基于SOI和蛇形电阻结构。室温下,传感器在载压范围为3～129 kPa内灵敏度为0.026 mV/kPa,与有限元仿真基本吻合。传感器在25～120℃范围内的热灵敏度漂移为0.004‰FS/℃,热零点漂移为0.25%FS/℃。湿度传感单元采用的叉指电极和电容式结构,引入含氟PI作湿度敏感膜。设计Mo电阻加热结构加快传感器降湿过程,缩短降湿时间近32%。在10%～90%RH的湿度范围,含氟PI湿度传感器的灵敏度为0.121 pF/%RH,略低于无氟PI器件。含氟基团的引入,使得传感器的湿滞较无氟PI降低16%。“电容-湿度”曲线呈指数分布,相关系数R2=0.996。测试结果发现,湿度传感单元和压力传感单元拥有良好的独立工作性能。     

多层氧化石墨烯单轴拉伸行为的分子动力学模拟

为探索氧化官能度、堆叠层数和温度对多层氧化石墨烯力学特性及变形行为的影响规律,本文采用分子动力学方法模拟了多层氧化石墨烯的单轴拉伸试验过程。结果表明:双层氧化石墨烯呈现各向同性特征,弹性模量和极限强度与氧化官能度的变化呈负相关;弹性模量受温度影响较小,而极限应力和极限应变受温度影响显著;氧化石墨烯的力学性能基本参量的变化对堆垛层数不敏感。研究结果揭示了影响多层氧化石墨烯力学特性的关键因素,可为介观尺度多层氧化石墨烯材料的应用提供指导。     

基于rGO@PMMA/PBA复合乳胶膜的电容式非接触传感器制备与性能分析

为解决当下电容式非接触传感器制备过程复杂、传感性能不足以及电介质对性能影响不明的难题,将还原氧化石墨烯@聚甲基丙烯酸甲酯(rGO@PMMA)分散液与聚丙烯酸正丁酯(PBA)胶乳共混后烘干,制备rGO@PMMA/PBA柔性复合薄膜传感器。通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪及紫外光谱仪表征复合粒子表面形貌和rGO的吸附性能,使用电感电容电阻测试仪表(LCR表)探究不同介电性薄膜传感器的非接触传感性能。结果表明：氧化石墨烯(GO)吸附到PMMA上出现褶皱表面,经抗坏血酸(Vc)还原后的rGO仍可稳定吸附于PMMA颗粒表面,形成rGO@PMMA复合粒子;当rGO@PMMA/PBA复合膜中复合粒子rGO@PMMA的含量高至10.0%时,rGO@PMMA/PBA复合膜仍然具有柔性;膜的介电常数和导电性随着膜中复合粒子rGO@PMMA填充量的增高不断增大和增强;传感器性能最优时的复合粒子rGO@PMMA填充量为0.20%,此时的传感器具有柔性以及最小的物体感知尺寸和最远的感知距离,并能辨识浅埋沙土下的物体及方位。该研究结果为制备高性能柔性薄膜非接触式电容传感器提供了一种新方法。     

石墨烯增强铝基复合材料的动态力学性能研究

运用分离式霍普金森压杆装置对石墨烯增强铝基复合材料进行压缩实验,研究其在不同应变率压缩下的力学响应、变形组织和力学性能。结果表明：复合材料的动态压缩应力-应变曲线表现出明显的应变率强化效应,复合材料的屈服强度随应变率的增加而增大,石墨烯含量为0.5%时,屈服强度增幅最大;高应变率压缩会引起显著的晶粒细化,主要源于大晶粒的破碎和高应变率下动态再结晶的持续发生;经动态压缩后复合材料硬度明显增加,且应变率越高,硬度越大,石墨烯含量为0.75%时硬度最大,在1500s^-1应变率下其硬度为153.46HV。     

导电高分子基柔性应变传感材料研究进展

随着人机交互、电子皮肤、可穿戴电子等新兴领域的迅速发展,作为核心部件之一的柔性应变传感材料成为人们关注的热点。由导电材料与柔性高分子复合而成的导电高分子基复合材料具有柔韧性好、质轻、易加工成型等优势,且材料导电性能在应变刺激下发生改变,因此可用作柔性应变传感材料。综述了基于导电高分子复合材料的柔性应变传感材料的分类及特点,详细介绍了该类传感材料的应变响应机理,并总结了影响导电高分子复合材料应变传感性能的因素。     

Incoloy 825合金在拉/压应变保时下循环变形行为

为了研究Incoloy 825合金的循环变形行为,在650℃拉伸或压缩应变保时条件下进行了循环变形实验,并得出相应的应变疲劳参数.利用透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察了合金循环变形后的位错亚结构和断口形貌.结果表明：在循环变形条件下合金拉伸应变保时发生循环硬化、先循环硬化后循环软化或循环稳定行为;合金在压缩应变保时发生循环硬化或先循环硬化后循环稳定行为.合金的变形机制均为平面滑移,合金中的裂纹萌生与扩展模式均为穿晶型.     

基于富勒烯的棉织物离子传感器及其潜在应用

将氧化石墨烯(GO)溶胶和富勒烯(C_(60))混合涂层整理到纯棉织物上制备柔性还原氧化石墨烯/富勒烯棉织物离子传感器(RGO/C_(60)-CF)。大量富勒烯球体可被嵌入到石墨烯片中,由于其缺电子特性,可对不同半径大小的阴离子或阳离子表现出不同的偶极—偶极相互作用,使得改性织物对不同的离子具有响应能力,即离子半径越大,改性织物的电阻率越大。该纺织基离子传感器还表现出对不同类型汗液的传感特性,这为其作为离子传感器的应用提供了依据。     

面向机器人触觉的柔性压力传感器

机器人触觉传感器需要同时满足对受力大小进行精确感知以及对作用位置进行精准定位。该文采用等离子体原位极化工艺,在柔性电路板上制备了PVDF-TrFE压电薄膜。在PVDF-TrFE薄膜的制备中,以少量羟基磷灰石掺杂提高了PVDF的结晶性能,有利于β晶型的转化,进而提高了PVDF的压电系数,提升了PVDF对力的电学响应精度,从而提高了感知器件灵敏度。采用柔性PCB电路板制备柔性PVDF压电传感器,不仅可以对力的大小实现三维传感,而且能够对作用力的位置进行定位,从而可以应用于机器人触觉传感。     

PVDF压电薄膜在钢筋变形测试中的应用研究

以PVDF为传感元件建立的应变监测系统正被广泛地应用于大型结构的健康监测研究中,以大型钢混结构建筑中的钢筋作为变形测试件,PVDF薄膜为传感元件,通过实验分析了当外力作用在测试件表面时,PVDF薄膜的输出电压和测试件实际变形之间的关系。     

具有压力感知的柔性加热织物的研制与开发

针对目前柔性加热服装服饰内置的加热元件存在加热不匀、功能单一等问题,探索了一种多功能柔性加热织物的制备方法。以碳纳米管（CNTs）薄膜作为发热材料与尼龙镀银织物进行工艺结合,同时制备并集成具有不同微结构的压阻传感器,制备出一款具有压力感知的柔性加热织物,并测试表征其微观形貌、力学性能、电热性能及传感性能。结果表明：砂纸表面凹凸随机分布状结构完整复制在导电膜上;在老化温度为60℃及80℃环境测试中,碳纳米管薄膜电阻最大变化率分别为13.57%和17.67%;在5 V电压条件下,表面最大平衡温度可达到60.19℃,制备的柔性加热元件具有良好的温度响应特性。同时,采用模板法制备出带有240目砂纸表面随机分布状表面微结构的柔性压阻压力传感器在0～12 kPa,其灵敏度可以达到62.46 kPa-1,从而探究出工艺简单、传感性能优良且加热均匀可控的多功能柔性加热织物的制备方法。     

用于康复训练的分段式气动软体驱动器

针对手指康复训练中软体驱动器贴合度低、灵活性差、运动传递不准确等问题,基于仿生原理设计分段式气动软体驱动器. 通过3个具有锯齿结构半波纹管气囊实现软体驱动器的分段弯曲,嵌入柔性应变传感器实现软体驱动器本体感知. 建立半波纹管气囊弯曲变形数学模型,借助有限元分析对半波纹管气囊进行分析,研究壁厚、波纹宽度、波距和波纹数目对该气囊弯曲性能和末端输出力的影响,选取软体驱动器尺寸参数. 采用3D打印技术及失蜡铸造工艺,制作分段独立驱动的软体驱动器. 特性测试结果表明：分段式软体驱动器最大弯曲角度为302°,末端输出力为3.33 N,能够带动手指进行分关节康复训练,内嵌的柔性应变传感器可以实时监测软体驱动器弯曲状态.     

纤维素基可穿戴压力传感材料的制备与应用

随着科技水平的提高,具有良好力学响应性能的柔性传感器被广泛应用于健康监测、电子皮肤和虚拟现实等领域。本文以微纤化纤维素为主要原料,先通过物理吸附和化学键合的协同作用将二维纳米导电颗粒(多壁碳纳米管)负载在微纤化纤维素纤维表面;再利用冷冻干燥技术制备了具有多孔结构的纤维素基复合压力传感材料,并验证了其应用于压电传感领域的可行性。结果表明,当微纤化纤维素用量为2%,交联剂(N,N-二甲基甲酰胺)用量为1.5%,多壁碳纳米管用量为0.05%时,制备的传感材料的密度约为0.06 g/cm~3;当该复合材料的应变为10%时,产生的应力约为10 kPa;当压缩次数达到500次时,材料的回复率仍高达90%以上;经线性回归得到材料的灵敏度为3.33 kPa~(-1);人体穿戴测试结果表明,该新型微纤化纤维素复合压力传感材料的灵敏度较高、适应性较强。     

针织柔性力学传感电路构建与工作原理

针织柔性力学传感器可与服装材料集成形成智能服装,是智能服装的核心部件,被广泛应用于医疗检测、运动健身等领域,其中传感电路的构建对提高其传感性能有着至关重要的影响。首先根据传感器的工作原理对针织柔性力学传感器进行分类,并以此为依据构建传感电路。其次按照构建的电路形态,将传感器分为二维柔性传感器和三维柔性传感器,主要制备方法有织入法和涂覆法。织入法一般选用纬平针、罗纹等简单组织,结合弹性纱可以提高传感器的应变感应范围。最后对针织柔性传感器与智能服装结合的前景进行了展望。     

温度解耦大量程光纤光栅应变传感器

飞机载荷参数测试中,部分结构会产生较大的应变集中点,为解决飞机结构大量程应变监测问题,提出了一种温度增敏、应变减敏的光纤光栅大量程应变传感器。分析了光纤光栅传感理论,设计了一种新型传感器基底结构,并对其进行有限元分析。对封装完成的传感器进行了温度标定、温度重复性及应变标定试验。试验结果表明:在10～60℃的环境下,封装完成的光纤光栅应变传感器温度灵敏度达到44.959 pm/℃,较裸光纤增敏4.5倍,线性度达到0.999;同一温度下中心波长变化量在±4 pm;在0～2000με的条件下,应变灵敏度为0.79 pm/με,较裸光纤减敏1.52倍,线性度达到0.999,多次应变循环重复性为±5 pm。封装完成的传感器具有较好的灵敏度和一致性,能满足飞机结构大量程应变的精确测量,在飞机应变集中结构的监测中具有发展前景。     

瓜尔胶/聚丙烯酰胺基导电复合水凝胶的制备及传感性能

以聚丙烯酰胺和天然高分子瓜尔胶作为柔性基底,聚吡咯作为导电物质填料,设计制备出一种柔软的导电水凝胶。采用扫描电子显微镜观察水凝胶的截面形貌,通过拉力试验机测试水凝胶的弹性。测试结果表明其具有良好的可拉伸性能：最大拉伸应变为936.4%,拉伸应力为158.9 kPa,并且在对水凝胶进行15次拉伸应变为300%的拉伸-回复测试,水凝胶能回复原状,表明其具有快速的自恢复能力。进一步将水凝胶作为应变传感器监测人体的手指弯曲、手腕弯曲、吞咽等运动,可得到连续、准确且稳定的传感数据。这种多功能性的瓜尔胶/聚丙烯酰胺基导电复合水凝胶可用于可穿戴电子设备、健康和运动监测器等领域。     

基于BOTDA的钢筋应力实时监测方法

提出一种将分布式应变传感光纤技术用于钢筋混凝土中钢筋应力监测的方法,能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,对钢筋的应力水平进行长期实时监测,确定混凝土结构的工作水平,更好地预测结构的耐久性.分析传感光纤应变与钢筋应变的转化关系,为提高分布式传感器的空间分辨率,提出盘绕方式的光纤黏结方法,对盘绕弯曲曲率的影响进行分析.通过简支梁的全过程受力试验,比较了传统应变片和分布式传感光纤的测量结果,并对光纤不同的黏结方式进行对比,验证了该方法的可行性和有效性.