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...     

MXenes在柔性力敏传感器中的应用研究进展

随着可穿戴柔性电子技术的发展, 高灵敏度和宽感应范围的柔性力敏传感器的需求量逐渐增大, 如何选择兼具高导电性和良好柔性的材料作为传感器的敏感材料是获得高性能传感器的关键。近年来, MXene材料因其导电性好、柔韧性高、亲水性好以及合成可控等优点成为一种极具潜力的导电敏感材料。本文就MXene基柔性力敏传感器的类型、敏感材料的微结构设计方式、传感性能及传感机理等方面的研究进展进行了阐述和总结。     

银纳米线基柔性导电材料的研究进展

柔性导电材料是下一代柔性电子设备中不可缺少的组成部分,高性能柔性导电材料的研究和开发对于柔性电子设备的发展具有重要的意义,如:智能手机、电子皮肤、可折叠的电子书、应变传感器以及可拉伸太阳能电池。由铟锡氧化物(ITO)制备的传统的刚性导电材料已经不能满足新型的柔性设备的需求,几种材料被用来取代ITO,包括:石墨烯、碳纳米管、导电高分子以及金属纳米材料。在这几种取代ITO的材料中,银纳米线(Ag NWs)作为一种新型的纳米材料,不仅具备高的电导率,纳米材料的尺寸效应,同时又赋予了其优异的光学性能和柔韧性,使其在柔性导电材料的制备中具有非常广阔的应用前景。主要介绍了Ag NWs在柔性透明电极和可拉伸电极中的应用。首先介绍了Ag NWs柔性透明电极的制备方法和Ag NWs膜的后处理方法,阐述了每种方法的优势和劣势;将Ag NWs与可拉伸基体结合可获得Ag NWs基可拉伸电极,介绍了几种不同形式的Ag NWs基可拉伸电极包括:二维的、三维的以及纤维状的电极,以及不同形式电极对应的制备方法;除此以外,还介绍了通过将Ag NWs与第二导电组分的复合获得性能优异的柔性导电材料,最后对Ag NWs基柔性电极未来的发展进行了展望。     

基于石墨烯/聚合物的柔性力敏材料研究进展

石墨烯(G)作为一种性能优异的二维纳米材料,其高电导率、灵活性为柔性力敏材料的发展打下了坚实基础,G/聚合物复合材料可用作高弹性和高灵敏度的柔性传感器。文中从材料结构角度归纳G/聚合物柔性力敏材料的研究进展,总结了逾渗导电网络结构、层状结构、网状G填充柔性基体和G填充于网状聚氨酯海绵结构等多种不同结构类型的柔性力敏材料,并对材料结构与形态、机电性能及应用进行了相应的表征和分析,最后展望了G/聚合物柔性力敏材料领域的挑战与发展趋势。     

智能时代下的新型柔性压阻传感器

传感器是能将外部物理激励转换为电信号的核心器件。随着物联网、生物医疗、人工智能等新兴领域的发展,传感器的性能与其适用环境的标准愈来愈高,全球的科学技术研究学者在不断地探索各类新型传感器技术。近年来,具有新材料、新结构、高性能的柔性传感器已被广泛报道,其材料选择、结构控制、制备工艺流程等技术不断完备。其中,柔性压阻传感器的工作原理是将一系列的外加压力信号转换为电信号。性能优异的柔性压阻传感器具有高灵敏度、高线性度、大测量范围、快速响应和高重复性等特点。传感器的微观结构是决定其性能的主要调控因素。传统的传感器表征测试方法只能静态地测量器件的结构,却无法在器件工作状态下实时地、动态地监测材料结构和化学成分的变化对其电学性能的影响。原位表征测量技术的出现可以解决上述问题,为进一步提升传感器性能提供了直观的实验支持。与此同时,单一传感器不能满足信息时代的技术需求,阵列化、智能集成系统成为未来传感器技术发展的主流趋势。智能传感系统不仅具备柔性压阻传感器采集信号的功能,还将传感器与设计的集成电路相连,通过电路对采集到的数据信息进行传输与处理,使用人工智能神经网络算法进行计算,完成数据的智能分析与处理,最终将数据传输到终端显示,展示出人体生理健康信息监测所需要的信息与智能化分析结果。本文主要归纳了近年来柔性压阻传感器的智能化进展,结合原位表征技术阐明了柔性压阻传感器的微观结构与性能的关联机制,探讨了基于柔性压阻传感器的智能系统构筑,最后展望了柔性压阻传感器与多功能智能传感系统未来的发展趋势及研究重点。     

二维忆阻材料及其阻变机理研究进展

二维材料由于具有超薄、柔性的层状结构,有望突破传统阻变材料难以降低忆阻器尺寸的限制,成为存储器、柔性电子、神经形态计算等领域的研究热点。本文从器件结构、材料种类、开关机理、电极和功能层改性等方面综述和分析了近年来二维材料基忆阻器的研究进展。“三明治”结构是忆阻器最常用的结构,通过插入调节层可提高器件稳定性;平面结构可操控性较差,但其独特的易观察性为研究忆阻器的阻变机理提供了有力工具。石墨烯及其衍生物和二硫化钼忆阻器阻变性能较好且应用广泛;二硫化钨、碲化钼、六方氮化硼、黑磷、MXene、二维钙钛矿等也逐渐被应用于忆阻器,但性能仍需优化。器件开关机制主要包括导电细丝、电荷俘获与释放、原子空位等。选择功函数合适的电极,可有效调控界面势垒和载流子输运;通过将二维材料与聚合物复合或掺杂纳米粒子,可有效降低器件的离散性。下一步应从界面性质精确控制和耐弯曲耐极端温度等方面深入研究,为新型二维材料忆阻器的工业化应用奠定基础。     

改性材料对炭黑填充压敏硅橡胶导电性能的影响

针对纳米材料具有改善导电橡胶填料分散性、体系压阻特性及稳定性的效果,通过将2%的纳米白炭黑(SiO2)、非纳米白炭黑、纳米α-三氧化二铝(α-Al2O3)3种改性材料与不同含量炭黑并用填充硅橡胶,制备了导电硅橡胶。测试并研究了导电硅橡胶的渗滤阈值、压阻特性及压阻范围。讨论了导电硅橡胶的迟滞及弛豫性能。通过扫描电镜照片,分析了纳米材料对导电硅橡胶的改性机理。研究表明,添加纳米材料后,导电硅橡胶的渗滤阈值降低,压阻范围及压力敏感区间明显扩大;炭黑在导电硅橡胶中分散更加均匀;导电硅橡胶电阻弛豫时间显著缩短并且迟滞性降低。     

碳纳米材料构建高性能锂离子和锂硫电池研究进展EI北大核心CSCD

碳作为单一元素可形成像零维碳纳米球、一维碳纳米管、二维石墨烯等多种碳纳米结构,它们在锂离子和锂硫电池中的表现也有所不同。需要阐明的是,碳纳米管和石墨烯由于具有以下缺点不适合直接作为锂离子或锂硫电池电极材料:(1)第一次不可逆容量大,首次充放电效率低;(2)在充放电曲线中电压滞后现象严重;(3)缺少稳定的电压平台;(4)容量衰减快。科学家们一直在为获得具有更高能量密度和更广阔应用前景的锂离子电池和锂硫电池而努力,由于可充电电池的性能主要取决于阴极和阳极的性能,因此,设计先进的电极材料以及制备具有特定成分和结构的电极成为近年来的研究热点。本文综述了碳纳米材料在构建高性能锂离子、锂硫电池电极材料和特定电极方面的作用。首先,从促进电子和离子传输、固定多硫化物位置以及缓冲体积膨胀三个方面讨论了碳纳米材料在修饰电活性材料的作用;其次,从作为导电添加剂、电流集流体和导电中间层三个方面讨论了碳纳米材料在最优化非活性组分的作用;然后,从作为非导电基体上的导电相、柔性电流集流体和自支撑复合电极三个方面讨论了碳纳米材料在柔性电池设计的作用。最后,本文对碳纳米材料的未来发展趋势作了概述,兼具多种功能的碳纳米材料被认为是今后的研究重点。     

MXene及其复合吸波材料的制备与性能研究进展

信息时代迅猛发展的同时也给人们带来了日益严重的电磁污染问题,发展先进微波吸收材料不仅可以减少电磁波污染,也对军事安全有着重要意义.MXene是一种新型二维材料,独特的二维结构、丰富且可控的表面官能团、高比表面积、高导电率和低密度等特点使其成为一种理想的高性能微波吸收材料.本文讨论了MXene及其复合吸波材料的制备方法,...     

用于接触压力测量的柔性力敏导电胶研究

根据目前接触压力测量的研究现状和发展趋势,提出了一种新型柔性力敏导电胶敏感材料用于接触压力测量的思想.研究了柔性力敏导电胶的导电机理和力敏效应,对炭黑/硅橡胶/纳米二氧化硅复合体系的压阻特性,迟滞特性及时间响应特性进行了实验和分析.表明了这种可液体成型的新型力敏导电胶敏感材料具有较好的电学和力学性能,且工艺简单,成本低,可任意成型,适应于接触压力特别是柔性接触压力的测量场合.