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基于高柔弹性多孔材料的触觉传感器研究

发布时间:2018-12-13 06:39
【摘要】:三维多孔导电材料是一种兼顾优异的电学特性和力学特性的新型材料。基于多孔材料为模板的直接浸渗法具有工艺简单、成本低廉等优点,是制备三维多孔导电材料的一种颇有前景的方法。研究基于三维多孔导电材料的触觉传感器对研制新型触觉传感器和拓宽其应用领域具有实际意义。本文采用纳米浆料浸涂工艺,以聚氨酯海绵为模板指引炭黑、石墨烯双相导电填料的三维组装,利用共混包覆、层层组装两种方法制得具有双网络结构的PUS-CB/GNPs/SR和PDA-PUS-CB/GNPs-SR复合材料,并对多孔复合材料进行了扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱微观结构分析。研究了模板结构尺寸对力学特性的影响,分析了双相填料、三维海绵骨架、导电填料浓度,以及改性、制备方法对于孔状弹性体材料电学、力学性能的影响,优化了高性能多孔导电海绵复合材料的工艺参数。设计并制备了基于PDA-PUS-CB/GNPs-SR导电海绵的具有高灵敏度、高柔弹性的小量程触觉传感器,研究了基于三维导电海绵的触觉传感器对环境温度、湿度等因素的抗干扰性,利用传感器后端信号采集、处理系统,将传感器集成于喉部、手背、指节处实现微小触觉感知(2kPa)。结果表明,制得的小量程触觉传感器可广泛应用于电子皮肤以及可穿戴设备,在未来具有很大的潜在应用价值。
[Abstract]:Three-dimensional porous conductive material is a new material with excellent electrical and mechanical properties. The direct infiltration method based on porous material template has the advantages of simple process and low cost. It is a promising method for the preparation of three-dimensional porous conductive materials. It is of practical significance to study the tactile sensor based on three-dimensional porous conductive material for developing a new tactile sensor and widening its application field. In this paper, three dimensional assembly of carbon black and graphene biphase conductive filler was guided by polyurethane sponge as template and coated with nano-size slurry. PUS-CB/GNPs/SR and PDA-PUS-CB/GNPs-SR composites with double network structure were fabricated by layer-by-layer assembly method. The microstructure of porous composites was analyzed by scanning electron microscope and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The influence of the structure size of the template on the mechanical properties was studied. The effects of the two-phase packing, the three-dimensional sponge skeleton, the concentration of conductive filler, the modification and the preparation method on the electrical and mechanical properties of the porous elastomer were analyzed. The process parameters of high performance porous conductive sponge composites were optimized. A small range tactile sensor with high sensitivity and flexibility based on PDA-PUS-CB/GNPs-SR conductive sponge was designed and fabricated. The anti-interference property of the tactile sensor based on three-dimensional conductive sponge to environmental temperature and humidity was studied. The sensor is integrated into the larynx, the back of the hand and the phalanx to realize tiny tactile perception (2kPa) by using the signal acquisition and processing system at the back end of the sensor. The results show that the small range tactile sensor can be widely used in electronic skin and wearable devices, and has great potential application value in the future.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212

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