全印制柔性应变传感器的原理与智能包装应用

发布时间：2021-12-11 16:04

　　目的随着可穿戴电子技术的快速发展,因具有较高的传感系数,柔性应变传感器在电子皮肤和机器人领域得到了广泛关注,但如何降低其制造成本成为一种挑战。近年来,印刷电子技术的快速发展推动了柔性应变传感器的发展,并逐渐在一些新的领域得到应用,尤其是智能包装领域。方法结合课题组在全印制应变传感器方面的研究进展,对柔性传感器的原理、印刷制造方法和主要应用进行综述。结论大量的研究表明,印刷柔性应变传感器已经开始应用于智能包装中,利用印刷电子技术制造智能包装也有利于降低其制造成本,推动其走向实际应用。 

【文章来源】：包装工程. 2020,41(11)北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

印刷电阻式应变传感器

图1 印刷电阻式应变传感器式中：ε0和εr分别为介电层的电常数和介电常数。图2b给出了用于计算传感器的等效电路，该电路包括电极的串联电阻，该电极串联在电介质的侧面，而可变电容CDE与电介质层电阻（RF）并联，在施加小的电信号的情况下：

通常，应变传感器性能的主要指标有最大应变范围、灵敏度、响应时间、稳定性等，如图3所示，课题组设计制造了一种高性能的织物基可拉伸应变传感器。该织物应变传感器通过丝网印刷技术将银纳米线导电油墨印刷在可拉伸织物表面来形成导电图案制得。采用优化的热溶剂法制备高长径比银纳米线，结合溶剂（异丙醇、丙二醇、去离子水），添加剂（羟丙基甲基纤维素、含氟表面活性剂、消泡剂）配置成导电油墨。该织物应变传感器表现出优异的传感性能，最大拉伸应变可达120%，灵敏度达到216，同时有着超过2000次拉伸/释放循环的耐久度。此外，该织物传感器有着良好的空气稳定性。该应变传感器展现了稳定的监测人体关节运动的性能，预示了它在智能穿戴电子、人机交互领域的广大应用前景。在这项工作中，课题组对传感器的重要性能指标都进行了测试[19]。1）最大应变范围，即应变传感器在保证稳定电阻响应情况下所受最大拉伸应变程度。由于应变传感器所用导电材料、柔性基底甚至制造工艺的不同，导致其可拉伸性各不相同。现在许多基于柔性基底的应变传感器的应变范围远超过传统的金属箔应变传感器的检测范围[20]。例如Yang等[21]报道了一种以PDMS为基底的应变传感器，其最大应变为14.5%。Roh等报道的以碳纳米管与导电聚合物为导电材料，PDMS为柔性基底的应变传感器，表现出了100%的最大应变范围。Lu等[22]制备的碳纳米管/高弹性橡胶纤维应变传感器，其最大应变范围甚至高达200%。

【参考文献】：
期刊论文
[1]剪纸拓扑结构引发的大面积高可拉伸柔性互连电极:直接印刷法制备和力学机理（英文）[J]. 李瑄,阮小莉,姚伟睛,刘力,田彬,王焕军,冯宇,夏热,吴伟.  Science China Materials. 2019(10)



本文编号：3534971