基于碳系复合浆料的柔性薄膜传感器制备及性能研究

发布时间：2022-08-12 11:43

　　柔性薄膜传感器是当前传感器研究领域的热点,近几年,用于弯曲、温度、压力监测的众多传感技术已经取得了喜人的成绩,但开发低成本、制备简单、污染小、可批量大面积制备的薄膜传感器仍存在许多技术难题。碳系复合导电浆料（树脂中复合石墨、导电炭黑、碳纳米管和石墨烯等）是柔性薄膜传感器最常用的敏感功能层核心材料,具有弹性大、应变大、测量范围较大及低成本的优势。本研究采用碳系复合浆料制备了三类柔性薄膜传感器,即薄膜弯曲传感器、薄膜压力传感器和薄膜温度传感器。对薄膜弯曲/压力/温度传感器分别进行了研究。本论文主要完成以下几方面的工作:一、薄膜弯曲传感器的制备及其性能研究本研究得出PI薄膜基材的最优低温等离子体处理时间为25 s。以薄膜弯曲传感器为研究对象,结合碳系导电颗粒,制备了弯敏复合浆料,并通过在Ag电极上丝印弯敏复合浆料制备出弯敏功能层和薄膜弯曲传感器。研究得出,当研磨次数为3次,烘干温度为100℃,分散剂为EFKA-4310分散剂时,所制备的弯敏功能层性能最优。采用该弯敏功能层制备出的薄膜弯曲传感器在0~90°弯曲角度范围内,线性度为0.9847,且具有较好的重复性、较短的响应时间。二、薄膜压力传... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 传感器简介
        1.1.1 印刷电子技术与传统器件制备技术的比较
        1.1.2 印刷电子技术在传感器中的应用
    1.2 可印制复合材料的分类及应用
        1.2.1 可印制复合材料的分类
        1.2.2 可印制复合材料在传感器中的应用
    1.3 可印制复合材料的传感机理研究
        1.3.1 基于微结构传感的可印制复合材料及印刷电子集成
        1.3.2 基于渗透理论的可印制复合材料分析
    1.4 本论文主要的研究内容及意义
2 薄膜弯曲传感器的制备及性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验试剂与仪器
        2.2.2 弯敏复合浆料制备
        2.2.3 薄膜弯曲传感器工作原理及制备步骤
    2.3 薄膜弯曲传感器制备条件优化
        2.3.1 三辊研磨次数对弯敏功能层导电性的影响
        2.3.2 烘干温度对弯敏功能层导电性的影响
        2.3.3 不同分散剂制备的弯敏功能层之弯敏特性
        2.3.4 薄膜弯曲传感器中弯敏功能层附着力测量
    2.4 薄膜弯曲传感器的传感性能研究
        2.4.1 薄膜弯曲传感器的线性度
        2.4.2 薄膜弯曲传感器的重复性
        2.4.3 薄膜弯曲传感器的响应时间
    2.5 本章小结
3 薄膜压力传感器的制备及性能研究
    3.1 引言
    3.2 丝印Ag电极的制备及性能分析
        3.2.1 实验试剂
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 聚酰亚胺薄膜印前处理
        3.2.4 丝网印刷制备Ag电极
        3.2.5 烧结温度对Ag电极方阻的影响
        3.2.6 丝印Ag电极抗弯折性能测试
    3.3 压敏复合功能层的制备
        3.3.1 实验试剂与实验仪器
        3.3.2 压敏复合功能层的制备
    3.4 薄膜压力传感器的制备
    3.5 薄膜压力传感器的性能测试
        3.5.1 薄膜压力传感器的灵敏度
        3.5.2 薄膜压力传感器的迟滞性
        3.5.3 薄膜压力传感器的稳定性和重复性
    3.6 本章小结
4 薄膜温度传感器的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 丝网印刷制备柔性叉指Ag电极
        4.2.1 实验试剂与实验仪器
        4.2.2 叉指Ag电极制备
        4.2.3 不同烧结温度对叉指Ag电极的影响
        4.2.4 叉指Ag电极的附着力测试
    4.3 薄膜温度传感器制备
        4.3.1 实验试剂与实验仪器
        4.3.2 温敏复合浆料制备
        4.3.3 采用旋涂技术集成薄膜温度传感器
    4.4 薄膜温度传感器性能分析
        4.4.1 利用台阶仪测量传感器的温敏复合功能层厚度
        4.4.2 传感器的温敏复合功能层附着力测试
        4.4.3 温敏复合功能层的铅笔硬度测试
        4.4.4 薄膜温度传感器的线性度
        4.4.5 薄膜温度传感器的电阻温度系数测试
        4.4.6 薄膜温度传感器的响应时间
        4.4.7 薄膜温度传感器的迟滞特性
        4.4.8 薄膜温度传感器的伏安特性
    4.5 本章小结
5 结论
    5.1 工作结果及结论
        5.1.1 薄膜弯曲传感器成果与结论
        5.1.2 薄膜压力传感器成果与结论
        5.1.3 薄膜温度传感器成果与结论
    5.2 创新点
    5.3 工作展望
参考文献
作者攻读学位期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
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[3]碳系复合导电高分子材料研究进展[J]. 马德硕,黄传峰,代月,刘青青,夏其英,刘增欣,梁士明,马登学.  山东化工. 2019(06)
[4]聚酰亚胺柔性温度传感器的制作与性能测试[J]. 何柳丰,窦文堃,刘军山.  机电工程技术. 2018(11)
[5]聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究[J]. 刘淑玲,任静.  应用化工. 2019(01)
[6]微型压力传感器薄膜弹性模量和厚度的研究[J]. 田耕耘,杨海洋.  科技视界. 2018(30)
[7]石墨烯-碳纳米管导电油墨的制备及其导电性能[J]. 王振廷,李洋,尹吉勇.  黑龙江科技大学学报. 2018(05)
[8]基于石墨烯复合材料的柔性应力传感器制备及力电特性[J]. 张华,龚天巡,黄文,毛琳娜,俞滨.  电子元件与材料. 2018(09)
[9]基于MEMS倾角传感器和薄膜压力传感器的人体步态监测装置[J]. 崔建鹏,曹恒,朱钧,江金林,张雨.  中国测试. 2018(08)
[10]基于碳材料的柔性压力传感器研究进展[J]. 何崟,周艺颖,刘皓,孙可可,李晓久,王晓云.  化工进展. 2018(07)



本文编号：3675815