基于PDMS的柔性压阻式传感器的研究进展

近年来,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为主体材料的柔性压阻式传感器的发展十分迅速,在人体运动及健康监测、电子皮肤、智能机器人等领域中具有广阔的应用前景。本文首先介绍了柔性压阻式传感器的传感机理及主要性能指标,然后重点综述了基于PDMS的柔性压阻式传感器的研究进展,特别是在PDMS与不同导电填料结合制备传感器以及微结构构建两个方面进行了详细阐述,最后指出了当前该领域存在的一些问题,并对其发展方向进行了展望。     

微结构构筑方式对柔性传感器性能的影响

设计了一种以聚二甲基硅氧烷/短切碳纤维(PDMS/SCF)复合材料为基材的柔性传感器,并通过在传感元件表面构筑的微结构阵列,实现了传感器的高灵敏度。通过模拟发现,V槽形微结构电阻对压力变化的响应性明显大于半球形微结构,并详细阐述了V槽形微结构阵列结构传感器的设计思路、结构特点、工作原理及制备流程。按照实验设计对PDMS薄膜传感器的性能等方面展开了系统的研究。测试结果表明,随着SCF含量的增加,传感器的灵敏度逐渐增加。当SCF含量为10%时,该V槽形微结构阵列柔性传感器的灵敏度为-0.72/kPa,比非结构化传感器的灵敏度高29倍,具有较高的可靠性,为柔性传感器提供了一种新的设计方案。     

基于微压印技术的柔性传感器的设计及制备

柔性传感器由于具有柔性、轻薄、力学性能优良且能与弹性被检测保持同步形变等优点,被广泛应用。由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物具有高弹性、疏水性、防水性、加工性能较好,且易与多种材质在室温下结合等特点,提出了基于微压印技术及空间限域强制组装原理(SCFNA),以PDMS为基底,碳纤维(SCF)/碳纳米管(CNT)为导电填充填料,分别制成V槽微结构和平面2种结构的导电薄膜,以面对面的接触形式,采用PDMS薄膜将其封装成聚合物基柔性传感器。研究结果表明,在0～50 N范围内,聚合物基柔性传感器输出电阻与压力具有良好的线性响应特性,灵敏度能达到-27. 2Ω/N,重复性误差小于5. 5%,对传感器施压200次后,进行测试,稳定性误差小于6%。     

银纳米线电极微结构对柔性压力传感器灵敏度的影响

新型柔性压力传感器具有类似人体皮肤的可拉伸性以及对外力的感知特性,可被用于仿生电子皮肤及各种可穿戴电子设备,近年来引起了学术界和产业界的广泛关注。开发具有优异的传感灵敏度且制作工艺简单、节能、成本低廉的柔性压力传感器具有重要的科学与实际意义。本文以银纳米线(AgNWs)为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基底,分别采用PDMS相纸原位固化和抽滤转移固化2种方式制备银纳米线/PDMS复合电极,以聚酰亚胺薄膜(PI)为介电层,将两电极面对面层压封装,得到电容式柔性压力传感器。利用激光共聚焦显微镜和扫描电镜比较了2种制作工艺得到的电极微结构,并研究了上述电极微结构结构对传感器灵敏度的影响。研究结果表明,电极表面银纳米线的蓬松程度及粗糙度能显著影响器件灵敏度。电极表面银纳米线处于较密实状态、粗糙度为0.4μm的传感器灵敏度约为0.43kPa-1;当电极表面银纳米线较为蓬松且粗糙度增大为0.7μm时,传感器灵敏度增大到0.65kPa-1。本文制作的柔性压力传感器具有高灵敏度、低成本的特点,可用于诸如脉搏、心率,发声震动,细微压力变化监控等方面。     

基于导电涂层微结构TPU柔性传感器的制备和性能

将具有表面微结构和平整的热塑性聚氨酯（TPU）传感基片封装成压阻型柔性压力传感器，其中前者（尺寸为10 mm×10 mm）的表面喷涂不同质量（0.02、0.05、0.1 g）的多壁碳纳米管（MWCNTs），并对微结构柔性传感基片表面形貌及传感器性能进行了表征和分析。结果表明，微结构传感基片表面上微柱顶面形成一定厚度的MWCNTs层，层内MWCNTs形成网络；喷涂较高MWCNTs质量时，传感器具有较高的灵敏度和较低的检测限，这归因于压力所致MWCNTs的网络搭接程度和传感基片间接触面积的增加量较大；喷涂0.1 g MWCNTs时，传感器的灵敏度为0.143 kPa^-1（0~3 kPa），检测限低至100 Pa，在较宽压力范围内（3~200 kPa）仍有一定的压阻响应，能在4 000次的循环压缩/释放测试（峰值压力约200 kPa）中保持稳定的压阻响应，且可准确检测典型人体运动所产生的压阻响应，具有应用于智能穿戴领域的潜能。     

基于弹性聚合物复合材料的压阻式柔性应变传感器研究进展

综述了近年来基于弹性聚合物复合材料的压阻式柔性应变传感器的研究现状,包括压阻式柔性应变传感器的结构、传感机理、传感器基质,以及导电材料种类、结构控制方法及应用等。指出了现阶段压阻式柔性应变传感器研究面临的主要问题,并对其未来发展方向进行了展望。     

NaCl颗粒对多孔PDMS薄膜构建柔性传感器灵敏度和响应特性的影响

通过在PDMS膜中加入Na Cl微米颗粒形成孔结构,制得以多孔PDMS膜构建的柔性电容传感器,测试了不同Na Cl质量分数下的灵敏度,同时对系统耐久性与响应速率进行了分析。结果表明,纯PDMS薄膜形成了较为光滑的表面,加入Na Cl颗粒的薄膜形成了大量的孔隙结构。Na Cl颗粒质量分数为20%的多孔传感器的灵敏度为0. 68 k Pa-1,相对于无孔PDMS薄膜传感器得到显著改善。当压力增大时,灵敏度减小。对颗粒进行更长时间研磨后得到更小粒径,获得更高的薄膜传感器灵敏度。孔结构能够促进薄膜传感器对外界压力形成更明显的数值反馈。当对传感器施加5. 0 Pa压力后,传感器实现了4 s以内的响应时间,可满足快速反应的要求。压力施加与去除的迟滞变化曲线基本重合,传感器只存在很低的迟滞。传感器弯曲前后灵敏度基本一致。     

压力传感器三维架构PDMS基活性材料的最新进展

柔性压阻式压力传感器因其诸多优点在多个领域具备良好的应用前景而成为研究热点,作为压力传感器主要组成部分之一的活性材料,对器件的性能具有举足轻重的影响,聚二甲基硅氧烷（PDMS）因具备良好的综合性能而与导电填料结合用来制作活性材料。随着对传感器的性能要求不断提高,活性材料的结构从二维跨入了三维层面,成为大家关注的焦点。该文在简单介绍传感器工作原理和所用材料的基础上,对三维架构PDMS基活性材料的常用制备方法和最新的研究进展情况进行了重点论述,并提出了目前存在的问题和未来的研究方向。     

柔性可穿戴压力传感器的研究进展

简单介绍了压电、压容和压阻柔性压力传感器的特点,着重阐述了3种柔性压力传感器的工作原理及常用的柔性材料,综述了其在电子皮肤、人机交互、保健康复,生理信号监测等领域的应用。最后指出了近年来柔性压力传感器的国内外研究现状及发展过程中存在的问题,并对其面临的挑战与未来的发展进行了展望。     

二维导电材料/柔性聚合物复合材料基可穿戴压阻式应变传感器的研究进展

可穿戴应变传感器在人体运动检测、健康监测、可穿戴电子设备和柔性电子皮肤等新兴领域具有极大的应用前景.近年来,由二维(2D)导电材料和柔性聚合物基体组成的可穿戴压阻式应变传感器具有较高的灵敏度、良好的拉伸性和柔韧性、优异的耐久性、可调的应变传感性和易加工等特点,受到广泛关注.基于此,该文对基于2D导电材料/柔性聚合物复合材料(2D-CPC)的可穿戴压阻式应变传感器的类型、传感机理、性能指标、影响因素及应用等进行了综述,并对其未来发展趋势进行了展望.     

二维导电材料/柔性聚合物复合材料基可穿戴压阻式应变传感器的研究进展

可穿戴应变传感器在人体运动检测、健康监测、可穿戴电子设备和柔性电子皮肤等新兴领域具有极大的应用前景。近年来,由二维（2D）导电材料和柔性聚合物基体组成的可穿戴压阻式应变传感器具有较高的灵敏度、良好的拉伸性和柔韧性、优异的耐久性、可调的应变传感性和易加工等特点,受到广泛关注。基于此,本文对基于2D导电材料/柔性聚合物复合材料（2D-CPC）的可穿戴压阻式应变传感器的类型、传感机理、性能指标、影响因素及应用等进行了综述,并对其未来发展趋势进行了展望。     

基于热压印—半固化法制备V-cut结构柔性电阻式压力传感器

现代传感器领域中,由于柔性传感器的稳定性较高,量程较广,且具有良好的变形能力等特点,逐渐成为研究的热点,结合柔性传感器应用中提升灵敏度和减小误差值的要求,采用差温热压印方法以及半固化封装工艺,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,内部填充高电导率材料碳纤维(SCF)和碳纳米管(CNT)制备一种新型PDMS/SCF/CNT...     

磷掺杂对非晶硅薄膜结构及光电性能的影响

采用射频等离子增强化学气相沉积方法制备了磷掺杂氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜.通过Raman散射光谱研究了不同磷烷掺杂含量薄膜的微结构,利用分光光度计对薄膜的厚度、消光系数和折射率进行了模拟,用高阻仪测得了非晶硅薄膜暗电导率.结果表明:薄膜的中程有序度随着磷掺杂量φ(体积分数)的增加而减小;折射率在φ为0.8%时最大;...     

PDMS/SiC功能梯度复合材料性能与制造精度研究

提出了一种由聚二甲基硅氧烷（PDMS）与碳化硅（SiC）复合材料构成的功能梯度柔性衬底结构,给出了相应的三维（3D）打印制造工艺流程。通过实验分析了不同SiC粒径及含量对PDMS/SiC复合材料力学性能、导热性能的影响规律;探究了背压、打印速度、线间距、温度等工艺参数对不同SiC含量PDMS/SiC复合材料制造精度的影响规律。结果表明,相比于纯PDMS衬底,不同SiC粒径及含量对复合材料性能均有提高,当SiC粒径为600 nm且含量为45 %（质量分数,下同）时,对应的PDMS/SiC功能梯度柔性衬底的弹性模量提高了2.76倍,导热系数提高了2.22倍。     

基于光固化微压印制备仿生荷叶疏水薄膜的研究

采用光固化微压印制备仿生疏水薄膜的工艺方法,制备了具有荷叶表面微结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)软模具,在此基础上,制备了仿生疏水薄膜,探究了紫外光辐照时间、辐照强度等对疏水薄膜水接触角的影响。结果表明,PDMS模具能够较好地复印荷叶表面的微结构,增加辐照时间和辐照强度改变压印压力可以有效提高疏水薄膜的疏水性,当辐照强度为1 000 mW/cm~2、压印压力为0.2 MPa、辐照时间为20 s时,制备的仿生疏水薄膜的表面接触角达到153.5°。     

高灵敏、可穿戴生物质炭基柔性压力传感材料的制备与性能研究

杜仲残渣(EUR)是杜仲胶提取过程剩余的废弃物,是一种廉价、可再生、环境友好的资源,以其炭化物为导电材料、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性基质,制备了廉价、对人体友好的复合柔性压阻式传感材料,并对材料结构以及压敏性进行了表征,测试了该压力传感材料从0到14 k Pa的响应特性。结果表明,在0.3 k Pa应力下具有高的灵敏度(142.1 kPa-1),所制备的CEUR/PDMS材料对应力变化响应稳定并具有良好的耐久性;该复合传感材料对手持不同质量烧杯、手机振动以及书写信号具有良好的响应。该复合材料制备工艺简单、成本低、响应性能优异且对人体无害,在可穿戴和监测人体活动等领域具有广泛的应用前景。     

石墨烯/聚合物泡沫压阻式应变传感器研究进展

基于石墨烯和聚合物的三维多孔结构的导电聚合物基复合材料（CPCs）具有轻量化、高灵敏度、宽应变检测范围、低成本和可扩展性等优点，已成为可穿戴柔性应变传感器的理想选择。首先，总结了柔性压阻式泡沫应变传感器的裂纹扩展机制、重叠-断开机制和隧穿效应机制；其次，介绍了3种具有多孔结构的石墨烯/聚合物柔性应变传感器的构筑工艺，包括基于聚合物泡沫、基于石墨烯/聚合物混合分散液、基于石墨烯泡沫的方法；然后，综述了通过上述3种工艺制备的柔性多孔应变传感器的传感性能，并列举了其在人体运动监测领域中的应用实例；最后，对基于石墨烯和聚合物的柔性多孔应变传感器面临的挑战和发展前景进行了展望。     

激光炭化制备功能化PI织物及其压阻传感性能研究

以聚酰亚胺(PI)织物为基底,采用激光直写炭化法(DLWc)对织物进行刻画,制备具有不同形状和炭化程度的石墨烯/PI织物,并以石墨烯/PI织物制备不同类型的压阻传感器;探讨了激光功率和激光束扫描速度对石墨烯/PI织物导电性的影响,以及压阻传感器的压阻传感能力.结果表明:在激光功率为7 W、激光束扫描速度为150 mm/...     

基于柔性薄膜传感技术的电气设备储能锂电池温度分布定位

锂电池内部温度测量一直是业内关注的重点技术，本文以聚酰亚胺为柔性衬底材料的薄膜温度传感器为测温装置，提出了一种新的测量方法。该传感器可以装入锂电池内部，实现电池充放电过程中温度监测柔性薄膜传感器工作状态稳定，能够准确测得锂电池内部温度，通过数据分析，获得锂电池内部温度场分布。     

压力传感器静态标定试验数据的计算器和计算机处理

本文从数据采集的角度出发，首先通过构建线性压力传感器静态标定数据模型，设计具备科学性特点的柔性薄膜压力传感器阵列；其次探讨有关压力传感器静态标定试验数据计算机处理的相关内容，利用压力传感器实现对相关数据的精准采集，分析并行式采集电路与统筹式算法，明确多种压力数据的具体分布。最后以并行、单通道不同的电路形式为前提条件，测试压力传感器静态标定试验数据，结果显示柔性薄膜压力传感器的压力分布采集系统能够准确、快速地实现对压力传感器静态标定试验数据的有效采集与处理。