微圆顶阵列结构柔性触觉传感器设计与应用研究

以质量分数3%和2%的炭黑/碳纳米管填充硅橡胶为力敏复合导电材料,提出了一种微圆顶阵列结构的柔性触觉传感器。阐述了微圆顶阵列结构触觉传感器的结构特点、制备流程及微观表征,并结合ANSYS有限元分析软件分析其触觉感知机理。研究该微圆顶阵列结构柔性触觉传感单元的力敏特性,并将其应用于足底压力分布感知。测试结果表明,该微圆顶阵列结构柔性触觉传感器具备良好的力敏特性和穿戴舒适性,为柔性可穿戴触觉传感器提供了一种设计方案。     

基于纺织材料的应变传感器制备技术及应用

近期可穿戴个性化设备的使用激增,使得以纺织品为基础的传感器替代品变得越来越重要,这些传感器可以舒适地佩戴,并能感知到身体的各种压力.传统的应变传感器通常由金属或半导体等刚性材料制成,只能承受较小的应变,导致设备体积庞大、不灵活且难以加工.基于纤维和织物的可穿戴柔性传感器比传统的嵌入式可穿戴电子设备具有更好的发展潜力.纺织产品具有多种形状和灵活性,为未来的可穿戴电子产品提供了一个有吸引力的平台.纺织应变传感器提供了一种结合了应变传感功能、耐磨性和高延展性的下一代设备.首先综述了纺织应变传感器的定义及分类,接着讨论了各种导电材料,包括导电聚合物、碳基微/纳米材料、金属纳米粒子/纳米线以及纤维电极.描述了实现纺织应变传感器的传统和新颖的方法,如在纤维、纱线或织物上涂覆导电材料;使用导电纤维结构,纺丝复合材料或同轴纤维,对纱线进行几何操作(或对纤维进行几何处理),如:编织.最后,重点介绍了其在健康监测、身体运动、数据手套、娱乐等可穿戴领域上的应用,证明了纺织应变传感器在可穿戴方面有非常大的应用前景.     

双酚A在聚茜素红/碳纳米管电极上的伏安行为

在含茜素红的磷酸盐缓冲溶液中,用循环伏安法在制备好的碳纳米管修饰电极上电聚合茜素红膜,得到聚茜素红/碳纳米管复合修饰电极,并对复合修饰电极进行了电化学表征.研究了复合膜修饰电极对双酚A电催化作用的最佳条件.结果表明:双酚A的浓度在5.0×10-7~1.0×10-5mol/L范围内与峰电流呈良好的线性关系;检测限可达5.0×10-8mol/L.该复合修饰电极可作为电化学传感器用于双酚A的含量测定及环境水体中实际样品的分析.     

沉积法掺金改善碳纳米管电接触特性

研究了沉积法在碳纳米管中掺杂金属金对碳纳米管与金属电极间的电接触特性的影响。首先,采用酸回流方式在碳纳米管表面构造缺陷及亲水官能团并配制碳纳米管分散液;然后,采用柠檬酸钠和氯金酸配制金溶胶溶液,再将配制好的碳纳米管分散液滴入金溶胶溶液中,经震荡沉积得到掺杂金纳米粒子的碳纳米管样品。扫描电子显微图片及红外吸收光谱表明,酸回流成功地在碳纳米管管壁及端部构造了一些缺陷及亲水官能团。形貌表征及X射线光电子谱表明,在碳纳米管表面及端部成功地掺杂了金纳米粒子。掺金后碳纳米管拉曼光谱的G带波数增大,表明该掺杂类型为p型。最后,采用介电电泳法将原样与掺金碳纳米管分别组装到金电极之间,并实时测量接触电阻。结果表明,沉积法掺金可降低碳纳米管与金电极间的接触电阻,其阻值平均降幅高达71.49%。     

美国斯坦福大学研制出新型可拉伸塑料电极

正美国斯坦福大学的研究人员开发出一种导电性和拉伸性俱佳的高分子材料,可用于制作可拉伸塑料电极,用于可穿戴电子器件中。据悉,现有的刚性电极等电子器件在应用于测量中枢神经电流、心脏电流时,可能会损坏神经或心脏组织。为了研制柔性电极,研究人员选取了一种导电性能好且具有生物相容性的塑料,以使电极可以安全地与人体接触。但能够导电的塑料一般容易碎裂,不适合用于可     

基于多壁碳纳米管修饰碳印刷电极的高灵敏液相硫化氢传感器

以PET为基底,导电银浆和碳浆为原料,通过丝网印刷技术制备一次性可抛弃式丝网印刷电极(screen-printed electrode,SPE),并且将多壁碳纳米管与萘酚水溶液复合物修饰于工作电极表面.利用扫描电子显微镜对SPE进行表征,以循环伏安法及计时电流法对硫化钠溶液进行测试.通过改变测试溶液pH和电位优化测试条...     

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。     

碳纳米管负载银修饰电极杂交链式反应检测DNA

将银纳米粒子固定在碳纳米管修饰的玻碳电极表面,同时利用杂交链式反应进行放大,以邻菲罗啉钴为指示剂,制备了一种新的灵敏度高的DNA电化学生物传感器。通过循环伏安法(CV)和交流阻抗法(EIS)对修饰电极进行表征。由于碳纳米管和银纳米粒子的修饰,大大增强了玻碳电极的有效表面积及导电性能,提高了该电化学生物传感器的灵敏度。对目标DNA的检测线性范围为1.0×10-10~1.4×10-9 mol·L-1,检测限为1.35×10-11 mol·L-1(S/N=3)。     

基于碳纳米管的双电层电容器

碳纳米管由于具有良好的导电性、较高的比表面积、优良的化学稳定性。因而被认为是超级电容器的理想电极材料，本文制备了基于碳纳米管的双电层电容器，其比容量为21F/g，等效电阻为2Ω，漏电流为1.5mA，同活性炭相比，碳纳米管电极因为独特的孔隙结构而具有高的比表面积利用率和低的等效电阻，在高功率大容量电容器方面有着广阔的应用前景。     

高含量氮掺杂碳纳米管的合成及NO电氧化

为研制NO检测灵敏度高的电极修饰材料,以吡啶和尿素为碳源和氮源,以FeMgO为催化剂,在NH3下于800～900℃采用CVD法原位合成了氮掺杂碳纳米管（CN xNTs）,确定了氮的原子分数为7.05 CN xNTs的最佳合成条件.通过对透射电镜（TEM）、x 射线光电子能谱（XPS）、x 射线衍射分析仪（XRD）和Raman光谱进行研究,结果表明所合成的CNxNTs随着反应温度的降低有序度减小,管壁缺陷增加.循环伏安法研究的NO在碳纳米管修饰电极上的电氧化行为结果表明：NO在CN xNTs修饰电极上的电氧化活性均高于未掺杂氮的多壁碳纳米管（MWCNTs）,其中,氮原子分数为7.05的CN xNTs修饰电极的电氧化峰电位最小,峰电流密度最大,反应活性较大.该电极上NO检测的灵敏度最高,是一种比较理想的电极修饰材料.     

基于织物电极的心电监测系统

为解决传统动态心电监测存在的一些问题,例如粘性心电电极刺激皮肤、信噪比随使用时间延长而下降、动态心电图仪缺乏实时分析能力等,研制了一种可穿戴心电异常检测系统。制作了有导电织物材料心电电极的穿戴衣,设计了心电信号采集装置,提出了基于分析R-R间期和QRS波群波形的异常心电波形检测算法,在PDA（Personal Digital Assistant）平台上实现了基于该算法的异常心电信号识别软件。通过实际测试,验证了本系统的有效性和可靠性。     

Ionic conductive hydrogels toughened by latex particles for strain sensors

Conductive hydrogels have attracted tremendous attention due to their excellent softness and stretchability as wearable strain sensing devices. However, most of hydrogel-based strain sensors suffered from poor self-recoverability and fatigue resistance,resulting in significant decrease of strain sensitivity after recycling. Here, a soft and flexible wearable strain sensor is prepared by using an ionic conductive hydrogel with latex particles as physical cross-linking centers. The dynamic physical cross-linking structure can effectively dissipate energy through disruption and reconstruction of molecular segments, thereby imparting excellent stretchability, self-recoverability and fatigue resistance. In addition, the hydrogel exhibits excellent strain-sensitive resistance changes, which enables it to be assembled as a wearable sensor to monitor human motions. As a result, the hydrogel strain sensor can provide precise feedback for a wide range of human activities, including large-scale joint bending and tiny phonating. Therefore, the tough ionic conductive hydrogel would be widely applied in electronic skin, medical monitoring and artificial intelligence.     

棉纱线练漂-阳离子改性一浴法工艺

为了体现阳离子改性棉纱线的优越性,缩短前处理工艺流程,探讨棉纱线练漂-阳离子改性一浴法的可行性.通过正交实验法确定了练漂改性一浴法的最佳的处理工艺.结果表明,练漂-阳离子改性一浴法工艺处理棉纱线的白度略微降低,但不影响后期处理;一浴法处理的纱线强度好于其他练漂、改性方法.     

水系和有机系活性炭超级电容器的性能研究

采用活性炭作为电极活性物质,以碳纳米管为导电剂,用聚四氟乙烯隔膜制备水系和有机系扣式超级电容器,考察并分析二者在容量特性、自放电性能、循环性能、功率密度、能量密度等方面的优劣。结果表明,实验制得的电容器样品表现出良好的电容行为和循环性能;水系电容器样品10h自放电率为28.7%,1h漏电流为0.32mA;有机系电容器样品在电流密度为1.04A/g时,能量密度为10.32Wh/kg,功率密度达到1.88kW/kg。     

不定型TiO2薄膜修饰电极的制备及其电极过程动力学特性

通过熔胶-凝胶法在ITO导电玻璃基片表面制备一层TiO2薄膜,将其在空气中分别进行150℃×2 h,200℃×2 h和250℃×2 h的热处理,形成不定型TiO2薄膜修饰电极.用X射线衍射仪和扫描电镜对薄膜结构和形貌进行了表征.将该修饰电极作为工作电极,与作为参比电极的饱和甘汞电极、作为辅助电极的铂黑电极、作为电解质溶液的碳酸丙烯酯＋高氯酸锂一起构成三电极测试体系.根据该电极的循环伏安曲线测试结果讨论了该电极过程的动力学特征,分析了扫描参数和薄膜的热处理温度对电极过程动力学的影响.     

Nanoimprint lithography for the manufacturing of flexible electronics

Flexible electronics have received considerable attention in academies and industries for their promising applications in enormous fields, such as flexible displays, wearable sensors, artificial skins, and flexible energy devices. Challenges remain in developing a flexible and scalable manufacturing method to facilitate the fabrication of multi-functional structures in a flexible electronic system. Nanoimprint lithography is a high resolution and low-cost approach to fabricate nanostructures over a large area. This paper reviews recent progress of nanoimprint lithography and its applications in flexible electronics. The basic principles, classification, research focus, and critical issues of nanoimprint lithography are elaborated. Then, the advantages of nanoimprint lithography are demonstrated in several typical applications related to flexible electronics, including conductive films, optoelectronic devices, flexible sensors, energy harvesting and storage devices, and bioinspired electronic devices. Finally,the challenges and perspectives of nanoimprint lithography in flexible electronic systems are discussed.     

CNTs 改性及水体中 Cr（VI）离子的吸附性能研究

为了脱除水体Cr（VI）,600℃下于Fe2Ni/γ-Al2O3上苯催化化学气相分解（catalytic chemical vapor decomposition ）制备碳纳米管（ carbon nanotubes , CNTs ）,粗 CNTs 经混酸（H2SO4/HNO3,3∶1, volume ratio,体积比）,超声氧化纯化,纯化的同时赋予其表面功能基团,进一步地,表面包覆功能分子聚乙烯醇（ polyvinyl alcohol ,PVA）。系统探讨了改性CNTs对高浓度水体Cr（ VI）离子的吸附脱除,结果表明,CNTs的氧化纯化使其表面植入-COOH、-OH等功能基团,进一步地,富含羟基功能基团的PVA分子在CNTs表面包覆,赋予CNTs表面活性的同时,显著提高CNTs的亲水性能。观察到了随氧化纯化和PVA修饰的CNTs上高浓度Cr（ VI）离子吸附的逐步和明显提升,吸附热力学和动力学研究表明,CNTs表面Cr（ VI）的吸附符合Freundlich热力学和准二级动力学特征。随氧化纯化和PVA修饰, CNTs对水体Cr （ VI ）吸附性能的提高可能与CNTs亲水性能的提升以及表面功能化基团对Cr（ VI）的化学吸附的促进相关联。     

纳米碳管／二氧化硅复合凝胶玻璃的XPS研究

分别以物理掺杂和化学掺杂的方式,采用溶胶-凝胶法制备了未经表面修饰纳米碳管（CNTs）和经r-氨基丙基三乙氧基硅烷（NH2（CH2）3Si（OC2H5）3,APTES）修饰纳米碳管的有机改性SiO2复合凝胶玻璃。在此基础上,以X射线光电子能谱（XPS）为表征手段,对所得两种复合凝胶玻璃中SiO2基质和掺杂CNTs的化学状态进行研究。结果表明,掺杂CNTs改变了复合凝胶玻璃中C和O的原子百分比,对SiO2基质的网络结构产生影响,但对SiO2基质的组成未产生显著影响;无论是在物理掺杂还是化学掺杂的有机改性SiO2复合凝胶玻璃中,CNTs与SiO2间均存在一定的Si—C结合键;在CNTs-SiO2复合凝胶玻璃中,以APTES作为桥梁,实现了CNTs与SiO2网络间的化学键合。     

PBT／CNTs复合材料的制备及其导电性能

采用熔融共混法制备聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）／碳纳米管（CNTs）复合材料,研究了不同分散工艺处理的原生CNTs和不同CNTs质量分数对复合材料表面电阻的影响。利用扫描电镜观察了处理后CNTs的分布状态和PBT／CNTs复合材料的微观形貌。结果表明：球磨分散使CNTs有更好的分散效果并更好地提高了复合材料的导电率;随着CNTs质量分数的不断增加,复合材料的表面电阻呈不断下降的趋势,导电阀值出现在CNTs质量分数约为4％时。     

干法改性氢氧化镁及其在HDPE中的应用

为了改善氢氧化镁和聚乙烯的相容性,采用硬脂酸镁和硅烷偶联剂A对氢氧化镁进行干法改性,并且通过红外光谱等表征手段证明了改性剂与氢氧化镁之间发生了化学吸附.初步研究了改性后氢氧化镁在氢氧化镁/聚乙烯（MH/PE）共混体系中的力学性能、阻燃性能及分散性,结果表明,与纯聚乙烯相比,氢氧化镁添加量达到35%时,共混体系的拉伸强度从23-71MPa下降到20-57MPa、氧指数从18.6增加到26.0,热失重残余量从0增加到22%;与未改性氢氧化镁相比,改性氢氧化镁在其聚乙烯共混体系中具有更好的分散性.