基于石墨烯材料的力敏和光敏电子皮肤研究

发布时间：2021-11-11 06:35

　　智能化是物联网技术发展的一个重要方向,而机器触觉则是物联网技术中非常重要的一环,而实现智能化机器触觉的一个关键技术——触觉传感器技术,是制约其发展的重要因素。对触觉信号的感知,既要满足对高灵敏度的要求,又需要适应复杂的应用场景。柔性触觉传感器在智能制造、医疗健康、人机交互等领域得到了广泛的关注,但由于在现阶段的研究中面临着诸如传感器灵敏度低、成本过高、制作工艺复杂、稳定性差等问题,柔性触觉传感器在市场化应用中仍面临巨大的挑战。本文围绕柔性电子皮肤面临的诸多挑战,研究了微纳结构设计和材料优化对柔性电子皮肤的灵敏度和稳定性带来的性能提升。本文首先论述了柔性电子皮肤研究取得的成果和面临的挑战,阐述了柔性触觉的传感的选题背景和研究意义,并且在现有研究基础上提出了一种具有微纳结构的石墨烯纳米墙电极和共形复合介电薄膜的高灵敏电容式触觉传感器。随后对石墨烯电极进行了微观形貌表征,并研究了电极表面的微纳结构对传感器灵敏度的影响。接着,根据电容式触觉传感器的结构特点,并结合触觉传感器的多功能传感需求,设计并制备了与石墨烯纳米墙电极表面的微纳结构共形的氧化锌复合柔性介电层,最终制备了电容式柔性传感器样品。... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院重庆绿色智能技术研究院)重庆市

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１石墨烯多孔泡沫压力传感器??

基于石墨烯材料的力敏和光敏电子皮肤研究??人类皮肤触觉起着至关重要的作用，他们利用砂纸为模具，还原氧化石墨烯为导??电材料，设计出了一种与皮肤结构类似的触觉传感器，如图１．４所示。这种传感??器仿照了皮肤表皮下层的纹理结构，当两片面对面的电极贴合时，会由于不规则??的凸起而形成一系列的导电通道，随着外部压力的逐渐增大，导电通道的数量逐??步增多，从而使整个器件的电阻在外界压力的作用下有了明显的变化。但是这种??利用还原氧化石墨烯复合ＰＤＭＳ为电极材料的器件存在较大迟滞等缺点，并且??材料的制作工艺也较为复杂，难以实现图形化。??（Ａ＞?（ｂ）ｌ?．．．．．．．Ｚ．．…選瓢??ｆｎ「——１??Ｍｅｒｋｅｌ?ｄｉｓｋ?ａｓ??ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ａｃｃｅｐｔｏｒ??（Ｄ）．．?，翁?３？：．＇，?＾??ａｂｒａｓｉｖｅ?ｐａｐｅｒ?ＰＤＭＳ?ｃｏａｔｉｎｇ?ＰＤＭＳ?ｐｅｅｌｉｎｇ?ＧＯ?ｃｏａｔｉｎｇ?ＧＯ?ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?ｆａｃｅ＊ｔｏ?ｆａｃｅ?ｐａｃｋａｇｅ??ｍｍｍ??图１．４以砂纸为模具的人类皮肤表皮结构仿生触觉传感器??Ｆｉｇｕｒｅ?１．４?Ａ?ｂｉｏｎｉｃ?ｔａｃｔｉｌｅ?ｓｅｎｓｏｒ?ｏｆ?ｈｕｍａｎ?ｓｋｉｎ?ｅｐｉｄｅｒｍａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｕｓｉｎｇ?ｓａｎｄｐａｐｅｒ?ａｓ??ｍｏｌｄ??压阻式触觉传感器在近年取得了飞速的发展，这一类传感器具备制作工艺简??单，稳定性较好，灵敏度较高等优点，并且压阻式触觉传感器在实现大面积阵列??传感器时也有其优势：阵列传感器中只需要对像素点的电压或者电流信号进行提??取，随后进行简单的计算转换就能得到电阻值。但是压阻式传感器的缺点也很明??显，

移到聚二甲基硅氧烷，并且硅衬底可重复使用。ＰＤＭＳ??具有透明度高、热稳定性和化学稳定性好等优点。ＰＤＭＳ和ＧＮＷｓ无可挑剔的??生物相容性保证了电子皮肤可安全适用于人体。更重要的是，ＧＮＷｓ与ＰＤＭＳ的??组合将大大改进在大拉伸和弯曲条件下的机械可靠性。??２．１．１石墨烯纳米墙的电学与力学性质??石墨烯纳米墙是由二维的石墨烯进行三维堆叠生长形成的具有三维结构的??石墨烯材料。石墨烯纳米墙由于其特殊的结构和特殊的力学性能和电学性能，在??众多的领域内都有应用。石墨烯纳米墙的结构如图２．】所示ｔ５８］。??图２．１石墨烯纳米墙结构示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ?ｎａｎｏｗａｌｌｓ??１７??


本文编号：3488368