纤维素基柔性压力传感器及其性能表征

利用3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性,通过水浴成型制备形状可逆的纤维素/MWCNTs空间导电网络并用作柔性压力传感器;利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)对压力传感器的性能进行表征,探讨了MPS改性MWCNTs的结合牢度及该压力传感器的力学性能和灵敏度。结果表明,MPS改性MWCNTs可均匀分散在纤维素基材表面,使得传感器结构中羟基和C—H单元增多,但对基材的结晶结构影响不显著;含10 wt%MPS改性MWCNTs的压力传感器经20次洗涤后的电阻值较洗涤前仅提高了7. 7%,导电性能略微降低;当应变量为55%、MPS改性MWCNTs含量由1 wt%增至10 wt%时,压力传感器所需应力提高了180. 3%,达87. 2 kPa;压力传感器的灵敏度总体随着MPS改性MWCNTs含量的增加而提高,当MPS改性MWCNTs含量为10 wt%时,外界压强从0提高至30 kPa会使压力传感器电阻值降低63. 2%。     

纺织结构压力及应变传感器性能优化

总结了几种纺织结构压力及应变传感器性能优化设计的方法。在影响传感器性能的参数中,灵敏度和变形能力是研究者设计这两类传感器时优先考虑的参数。通过提高初始电阻、改变电流传输途径以及调控表面微结构的方法提高压力传感器的灵敏度。通过裂纹多级扩展结构、复合网络结构以及在纱线表面构筑褶皱或缠绕结构等方法提高应变传感器的变形能力。这些方法为设计性能更加突出的纺织结构压力及应变传感器提供思路。     

纺织基柔性压力传感器研究进展

智能纺织品可以与穿戴者或者环境进行数据跟踪和交流,这在健康监测、健身,以及公共安全等领域都具有非常广泛的应用前景。以纺织基柔性压力传感器的工作原理、常用材料、制备方法为分类依据,基于国内外最新研究成果介绍纺织基柔性压力传感器的研究进展以及最新应用,指出纺织基柔性压力传感器目前仍面临的挑战,如耐用性、生物安全性、洗涤稳定性等。并提出未来基于纺织品的压力传感器在人体运动健康监测、电子皮肤、医疗、机器人等领域的应用会越来越广泛。     

智能可穿戴柔性压力传感器的研究现状与发展趋势

探讨国内外可穿戴柔性压力传感器的研究进展。分析当前柔性压力传感器的缺陷和在智能纺织品中应用的局限性因素。系统阐述柔性织物基压力传感器的制备、工作原理、结构、工艺与性能,重点探讨柔性织物基压阻式、电容式、压电式压力传感器和三维织物基压力传感器的传感性能,总结柔性织物基压力传感器开发、应用研究中需要解决的问题。结果表明,柔性织物基压力传感器及其结构的创新研究在智能可穿戴领域具有推动性作用。     

纺织基柔性力学传感器研究进展

针对纺织基柔性力学传感器成型构筑机理、传感响应原理、应用领域不明确、不清晰等问题,系统综述了近几年国内外纺织基柔性力学传感器的制备、性能及应用的研究,并分别分析了纺织基电阻式力学传感器、电容式力学传感器在人体运动、生命体征检测及人机交互等领域的应用优势。结果表明：一维纤维状传感器和二维织物传感器因其结构可变化性、组合可设计性等特点成为主要的纺织基传感器结构,传感器具有理想的线性度、迟滞性、重复性、灵敏度、稳定性等特性。高导电性、高弹性及回复性、高灵敏性和耐久性是纺织基柔性力学传感器的重要发展方向。     

棉/Ti3C2导电纱制备及其电容式压力传感器的性能

为了探究类石墨烯二维结构材料(MXene)与天然纤维的结合效果,及其所得导电纱线在柔性电容式传感器中的应用情况,以一种新型二维过渡金属碳化物Ti₃C₂为导电材料、以棉纱为基体纤维,实现了导电纱线的连续化制备;然后以此导电纱线为电极、以横编间隔织物为介电层,设计了一款电容式压力传感器。研究了处理时间对纱线微观形貌、结合效果以及导电性能的影响;分析了该压力传感器的力学性能与电容特性。实验结果表明:随着处理时间的延长,Ti₃C₂材料与棉纱复合得到的纱线电导率可达0.872 S/cm;制备的传感器压缩回复性好、电容特性显著,灵敏度最高达到0.028 kPa^-1,能在150 ms内对压力快速响应,200次压缩循环中展现了良好的耐久性与稳定性。     

基于碳纳米管的可穿戴柔性传感器研究进展

天津工业大学纺织科学与工程学院;智能可穿戴电子纺织品研究所; 摘要:碳纳米管具有优异的电化学性能和生物相容性,基于碳纳米管材料的柔性传感器具有灵敏度高、成本低和兼容性良好等独特优势,在诸多领域得到广泛应用。首先阐述碳纳米管的性能及分类,然后综述几类基于碳纳米管的典型柔性传感器的研究进展,包括柔性压力传感器、柔性应变传感器、柔性温度传感器、柔性湿度传感器及其他柔性传感器等,详细介绍他们的传感原理、制备方法和传感性能。最后指出柔性传感器目前存在的问题,并对其发展前景进行展望。     

蚕丝基柔性压力传感器的制备及其性能研究

蚕丝具有优异的生物相容性、可降解性和易加工性等,是应用于柔性电子领域的理想柔性基底材料。本文通过气液界面聚合法,在蚕丝织物、平板丝和静电纺丝素膜三种蚕丝材料表面实现聚苯胺的原位生长,成功制备出以聚苯胺为活性导电介质的柔性基材,并将其组装成柔性压阻式压力传感器,这为开发高性能、安全可靠和轻质便携的可穿戴电子产品提供新的方法和途径。结果表明：三种蚕丝基柔性压力传感器中,蚕丝织物/聚苯胺传感器具有最大的压力检测范围(16.27～504.79 kPa),拉伸变形可达20%,灵敏度仅为0.001 29 kPa^-1;静电纺丝素膜/聚苯胺传感器灵敏度最高(0.013 76 kPa^-1),但拉伸变形能力差,仅可拉伸2.3%;平板丝/聚苯胺传感器压力检测灵敏度略高于蚕丝织物/聚苯胺传感器,达到0.00134 kPa^-1,线性检测范围为9.8～87.6 kPa。本文研究开发的蚕丝基柔性压力传感器在运动检测领域具有较好的应用前景。     

基于经编间隔织物的压力电容传感器特性

为实现用智能坐垫监测人体坐姿,对人体健康进行辅助治疗的目的,以6种不同规格的经编间隔织物为介质层制备压力电容传感器,研究经编间隔织物压力电容传感器的静态性能。对6种传感器进行电力学性能测试,得到应力-电容曲线,结合经编间隔织物的压缩性能,将间隔织物电容传感器的应力-电容曲线划分为3个阶段,分别研究每个阶段的灵敏度和线性度。结果表明:随着压力的增加,压力电容传感器的线性度会逐渐变差;其灵敏度,呈现出先逐渐增加,而后逐渐减小的趋势。在间隔织物的压缩平台区,电容传感器灵敏度最大,在间隔织物压缩的弹性区,电容传感器线性度最好。     

基于柔性传感器的无缝内衣任意围度压力研究

基于人体体形分析,建立纬编无缝内衣任意围度的椭圆形力学模型,分析人体任意围度上任意点的曲率半径,并以Laplace方程为基础建立服装压力模型。依据弹性面料在人体任意围度上的拉伸形变,分析服装压力对人体任意围度上各点的影响。研究得出,服装压随人体曲率的增加而增大,人体两侧受到的服装压力最大,胸部(或腹部)及背部中心所受服装压力最小。并设计一种纬编针织物柔性传感器,将导电镀银锦纶纱以局部添纱形式织入弹性无缝内衣中作为柔性传感器,探索人体穿着前后其电阻值的变化与人体所受服装压力的关系。该研究为无缝内衣压力舒适性及放松量的研究提供了参考依据。     

三维织物基石墨烯柔性压力传感器设计及应用

为更好地将石墨烯改性三维织物应用于智能纺织品,以三维织物作为基材,石墨烯溶液作为活性材料,组装具有三维结构的柔性压阻式压力传感器阵列.并将传感器阵列与控制器、计算机、手机蓝牙结合成电子智能纺织品.控制器以STM32F103C8T6单片机作为主单元,连接外部设备,结合蓝牙,实现数据采集与无线传输.整个系统在重物识别、人体...     

应用D2027型柔性压力传感器的运动服装设计

为了满足人们日益增长的运动需求和适应服装智能化发展大环境,通过查阅文献,总结运动过程中身体易损伤部位,在紧身运动服相应部位置入柔性压力传感器,运用特定电路、无线通信技术和数据处理系统将人体与服装之间的压力变化转化为在终端显示设备中的数据,结合服装结构设计和面料选取进行了整体设计.研发了既满足身体舒适性要求又可以达到运动...     

织物基柔性传感器研究进展

纺织品可穿戴柔性传感器具有质量轻、制备成本低、透气性好等优点,已成为可穿戴电子产品不可或缺的一部分。根据近年来织物基柔性传感器的研究进展,文章从针织物基柔性传感器、梭织物基柔性传感器和非织造布基柔性传感器3方面,综述织物基柔性传感器的制备、性能和应用领域,并对柔性传感器性能、尺寸、数据采集和处理能力的发展前景进行展望,为织物基柔性传感器发展提供新思路。     

多层结构柔性压力传感织物的设计与性能

智能可穿戴技术因其能够实时交互穿戴者与环境之间的信息而具有巨大发展潜力,在柔性可穿戴设备中,柔性压力传感器是用于压力检测的关键器件。使用导电材料MWCNTs与PEDOT:PSS制备3种不同的传感器敏感层,以镍铜织物作为传感器的上下电极,制备一种具有多层结构的柔性压阻式压力传感器,并对传感器性能进行测试。结果表明,PEDOT:PSS敏感层在0～5 kPa压强范围内,灵敏度高达0.168 12 kPa^-1,具有较快的响应时间与恢复时间,以及较好的可重复性。该传感器性能良好,可以应用在柔性可穿戴设备中。     

针织物柔性传感器的传感性能探讨

以镀银锦纶导电纱线作为面纱的添纱组织,制备了针织物柔性传感器试样。采用定伸长拉伸及储存式万用电表同步记录试样的电阻变化。研究了传感器的电阻与应变的关系及反复拉伸电阻的重复性。试验结果表明对于传感区域来说,在横列数相同的情况下,电阻随纵行数的增加而线性增加;在纵行数相同的情况下,电阻随横列数的减少而线性增加,电阻与应变的拟合曲线斜率也具有同样的规律。针织物柔性传感器的线性度、灵敏度和重复性能够满足作为传感器的要求。     

基于柔性薄膜传感器的服装压力检测仪研制

为增大服装压力检测装置中传感器与人体贴合的顺应性,进而提高服装压力测量的精确度,提出了使用柔性薄膜传感器进行服装压力测量的方法。以聚氯乙烯作为柔性基体,包覆导电纤维制成柔性传感器,将传感器连通缓冲气室,与气泵、排气阀构成气动回路,实现服装压力与气室压力的转换;基于开发的柔性传感器,选用可编程逻辑控制器作为主控单元,研制了一款可触屏操作和存储、打印数据的服装压力检测仪;完成系统标定后通过重复性实验,验证了检测仪的测量精度和可行性,6次测量结果最大标准偏差为0.088 5。研究认为,该检测仪可准确完成多点服装压力的实时测量,适用于压力服装的出厂压力检测,也为服装压力检测方法的研究、控制元件选择等提供新思路。     

智能服装用银纳米线柔性传感器的研究进展

阐述柔性传感器导电部分银纳米线的制作方法,主要包括多元醇法、热溶剂法、紫外线辐照法、光还原技术、电沉积工艺、DNA模板法、多孔材料模板法和湿化学法,并介绍银纳米线在导电聚合物中的应用。阐述柔性传感器的特性和研究现状,以及柔性传感器在智能服装中的实际应用,指出柔性应变传感器可将人体各部位的运动信号转换为电信号输出,进而再对信号进行处理,在可穿戴式保健系统和人机交互中有很大的应用潜力。该研究对柔性传感器的开发有一定的指导意义。     

碳纳米管修饰3D纤维网基压力传感器的制备及性能

为改善纤维基传感器灵敏度低和响应范围窄等问题,提出了一种以3D纤维网为基材,采用超声辅助浸渍碳纳米管修饰纤维表面,构建出了3D纤维网络结构的压阻式压力传感器。介绍了3D纤维网传感器的制备过程,并对所制备的传感器形貌结构、力学传感性能及应用进行了测试与表征。结果表明：碳纳米管修饰3D纤维网的传感器灵敏度为3.53×10^-3kPa^-1,具有较好的线性度和较高的灵敏度;检测范围达到200 kPa;响应时间和回复时间分别为153 ms和226 ms;经过2 000次循环施加压力测试表现出较好的稳定性和耐久性。该传感器能够用于监测人体的运动,如手指弯曲、手腕弯曲、手指点击和脚跟压力等,在可穿戴电子织物领域具有广阔的应用前景。