柔性力敏薄膜材料制备及压力传感器阵列的研制

发布时间：2020-05-06 18:30

【摘要】：随着智能化技术及物联网的不断发展,柔性压力传感器作为可穿戴电子设备和电子皮肤的核心器件,拥有了越来越广阔的市场。经过了十余年的发展,柔性压力传感器的相关研究已经从探究具有压敏效应的导电高分子复合材料发展到了研究制备具有高性能柔性传感器。为了获得高性能的柔性压力传感器,研究者们在传感器的材料、结构及器件设计等方面进行了一系列的创新型研究工作。目前已经研制出了一些基于新型材料与结构的高性能,低成本的柔性压力传感器,并且在可穿戴传感器,电子皮肤等应用领域已经获得了一定程度的发展。但是,探究一种低成本、制备工艺简单高效、具有工业化潜力、具有高灵敏度、宽压力测量范围、低响应时间等高性能的柔性压力传感器仍是该研究方向的主要目标。本文基于对高性能、易制备柔性薄膜压力传感器的需求,开展了如下几个方面的工作:1.通过对导电高分子复合材料体系和丝网印刷工艺的研究,探究出了一种通过简单、高效的丝网印刷工艺制备出表面具有周期性微结构的TPU(热塑性聚氨酯)/CB(炭黑)复合材料敏感薄膜的柔性薄膜压力传感器的方法,并研究了该传感器的敏感机理及传感器的制备方式对敏感机理的影响。2.通过实验探究了本课题制备的柔性薄膜压力传感器的性能。主要包括柔性压力传感器的灵敏度、压力测量范围、响应时间及耐用性。实验证明该压力传感器具有很宽的压力测试范围(116 Pa-1.5 Mpa)、较高的灵敏度(0-100 kPa范围内为5.205 kPa~(-1),超过1200 kPa压力范围为0.63 kPa~(-1))、优秀的响应时间及良好的信号稳定性和耐用性。3.探究了这种新型柔性薄膜压力传感器在可穿戴及智能检测方面的应用。具体包括:手腕脉搏信号检测、喉咙处声音信号获取、振动信号响应及应用在智能手套上的夹持力检测。证明了这种传感器在智能机器人、可穿戴电子设备、人体生物信息检测、工程中异常振动检测等领域具有良好的应用价值。4.基于这种新型柔性压力传感器的丝网印刷工艺,设计并制备了具有三种不同敏感阵列结构的16×16阵列式柔性薄膜压力传感器,确定了更适合于阵列传感器的敏感阵列结构。5.基于STM32单片机设计并制作了该阵列式传感器的采集系统,包括采集系统电路及软件。并验证了这种阵列式柔性薄膜压力传感器对一定面积下的压力大小及压力分布信息具有良好的获取能力。
【图文】：

柔性压力传感器作为可穿戴触觉传感器在生物信号探测，人机交互及机器人领域的应用[1]

电阻式、电容式及压电式压力传感器示意图
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.2;TP212

【参考文献】

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本文编号：2651680