“三明治”型大应变电容传感器的制备及其在运动检测中的应用
发布时间：2020-06-28 06:36
【摘要】：近年来,随着柔性应变传感器在人体运动检测、电子皮肤和机器人等领域内的快速发展,这使得其成为当前研究的热点。为提高柔性应变传感器的传感性能同时保持其良好的力学性能,往往要求导电填料具有优异的导电性和良好的相容性等特点,基体具有较好的柔性、高弹性等。本论文采用溶液共混法制备出导电聚苯胺/聚(苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SEBS)柔性复合材料,并通过热压将其与介电层复合制得具有良好传感性能的大应变电容型传感器,研究了电容应变传感器在单向和循环拉伸过程中的传感性能,在此基础上利用电容应变传感器对人体关节弯曲运动进行了检测。本文主要研究内容如下:(1)以十二烷基苯磺酸作为掺杂剂和乳化剂,采用乳液聚合法合成可溶性导电聚苯胺,并与SEBS通过溶液共混法制备导电聚苯胺/SEBS柔性复合材料,通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、激光拉曼(Raman)、能谱分析(EDS)和高分辨透射电镜(HR-TEM)对柔性复合材料的结构进行表征,通过热失重分析(TGA)、万能拉力试验机和直流低电阻测试仪对柔性复合材料的性能进行测试。结果表明十二烷基苯磺酸掺杂的导电聚苯胺(PANI ·DBSA)与SEBS具有良好的相容性且均匀地分散于SEBS中,部分PANI ·DBSA颗粒粒径在10～100nm之间,柔性复合材料在150℃以内具有稳定的热性能。当导电聚苯胺填充量为20.00wt%时,柔性复合材料具有良好的导电性且其断裂伸长率仍可达到700%左右,此外在不同应变范围和拉伸速率下初始10个循环拉伸过程内柔性复合材料均表现出良好的可逆性和稳定性。(2)将钛酸铜钙/SEBS介电层与20.00wt%导电聚苯胺/SEBS柔性复合材料复合制得“三明治”型电容应变传感器,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、宽频介电仪、伸缩性应变传感器测量系统等仪器对介电层和电容应变传感器进行表征。结果表明CCTO在基体中具有良好的分散性,当其填充量为20.00wt%时介电层的介电常数提高58.6%,相应的电容应变传感器仍表现出良好的稳定性。在100%应变范围内,不同介电层电容应变传感器的电容值均单调递增,且表现出较好的线性关系。此外电极宽度不同的电容应变传感器在不同的应变范围和拉伸速率下均具有良好的重现性和稳定性。(3)将制备的“三明治”型电容应变传感器应用于人体运动部位,对手指、肘、膝等关节弯曲运动进行检测。结果表明随着人体关节弯曲运动,电容应变传感器的相对电容发生变化,有效地检测了人体运动情况。此外为了实现检测数据的批量化储存及处理,将检测数据存储于设计的数据库中,通过特定检索条件可以调取相应的数据和曲线图并进行结果的自动比较,可以得知人体每次运动情况与之前运动情况之间存在的差异性。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TP212
【图文】：
＿逡逑号等易输出的形式，根据其传感机理主要分为电阻型柔性应变传感器和电容型柔性应变传逡逑感器［６］，如图１－２所示。虽然也有一些其他类型的应变传感器如电感、电压、热电等，但由逡逑于他们的测量设备复杂、分辨率低和动态性能差等特点使得这些应变传感器在电子皮肤和逡逑可穿戴运动传感器应用上仍具有很大的挑战。逡逑（ｓｉ）逦（ｂ）逦＿逡逑基体导电颗粒逦＞电层逦导电层邋电极逡逑？邋－邋．．Ｃｉ．．ｎｉｎ？＞ｎ逦逦逦逦—邋邋邋邋逦逦逦逦逦逦逦逦逦—邋＾逡逑图１－２邋（ａ）电阻型柔性应变传感器和（ｂ）电容型柔性应变传感器结构示意图逡逑电阻柔性应变传感器是一种由柔性基体和导电填料构成的应变传感器，它能将外界信逡逑号以电阻形式输出，并且具有高柔性、可伸缩性、高灵敏度和响应速度快等优点，是目前逡逑研[偨衔惴旱囊恢钟Ρ浯衅鳎郏常牵撸常常荨Ｆ淞槊舳瘸Ｒ杂Ρ湎凳牵棋澹ǎ纾幔酰纾邋澹妫幔悖簦铮颍├幢硎惧义希郏常矗常担荩义稀澹ǎ遥
本文编号：2732689
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM53;TP212
【图文】：
＿逡逑号等易输出的形式，根据其传感机理主要分为电阻型柔性应变传感器和电容型柔性应变传逡逑感器［６］，如图１－２所示。虽然也有一些其他类型的应变传感器如电感、电压、热电等，但由逡逑于他们的测量设备复杂、分辨率低和动态性能差等特点使得这些应变传感器在电子皮肤和逡逑可穿戴运动传感器应用上仍具有很大的挑战。逡逑（ｓｉ）逦（ｂ）逦＿逡逑基体导电颗粒逦＞电层逦导电层邋电极逡逑？邋－邋．．Ｃｉ．．ｎｉｎ？＞ｎ逦逦逦逦—邋邋邋邋逦逦逦逦逦逦逦逦逦—邋＾逡逑图１－２邋（ａ）电阻型柔性应变传感器和（ｂ）电容型柔性应变传感器结构示意图逡逑电阻柔性应变传感器是一种由柔性基体和导电填料构成的应变传感器，它能将外界信逡逑号以电阻形式输出，并且具有高柔性、可伸缩性、高灵敏度和响应速度快等优点，是目前逡逑研[偨衔惴旱囊恢钟Ρ浯衅鳎郏常牵撸常常荨Ｆ淞槊舳瘸Ｒ杂Ρ湎凳牵棋澹ǎ纾幔酰纾邋澹妫幔悖簦铮颍├幢硎惧义希郏常矗常担荩义稀澹ǎ遥
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