一种具有可拉伸电极的全柔性拉伸传感器研究

发布时间：2020-08-06 12:49

【摘要】：随着智能产品的迅猛发展,柔性拉伸传感器由于其在可穿戴设备和智能机器人等领域具有巨大的潜在应用价值受到学者的广泛关注。为了改善传统传感器敏感单元与外接刚性电极对敏感单元的损坏等问题,将柔性可拉伸电极与敏感单元集成一体化制备拉伸传感器。本文对集成一体化拉伸传感器及其电极的导电特性和拉伸特性进行分析及实验研究。将单壁碳纳米/炭黑作为导电填料硅橡胶作为基体制备敏感单元导电纳米复合材料,将银粉/炭黑作为导电填料硅橡胶作为基体并加入化学试剂聚苯乙烯磺酸钠制备电极导电纳米复合材料,通过层层交叉涂敷的方式将电极和敏感单元涂敷于弹性棉线上制备一体化拉伸传感器。制备得到的电极具有可拉伸性(应变为20%),高导电性(初始电阻为1Ω),且经过拉伸后电阻基本保持不变。获得的可拉伸电极与敏感单元集成一体化拉伸传感器具有优良的线性、重复性、耐疲劳度、低的温度影响,并对一体化传感器的弯曲特性进行了测试研究。研究集成一体化拉伸传感器在可穿戴设备领域的应用,结果表明该传感器与现有的织物服饰具有较好的兼容性可用于人体监测运动,识别抓取物体大小等。设计并制造多维力检测结构,结果表明该结构能检测x、y、-x、-y、-z五个方向的力。使用全桥电路检测电路提高传感器的检测精度,对物体加速度和液体密度进行测试,结果表明传感器能够辨别出不同大小的加速度和不同密度的液体。该一体化拉伸传感器制备方法简单,成本低廉,工艺周期短,并且电极跟敏感单元均可拉伸,展现出独特的优点。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212
【图文】：

第一章 绪论能够控制传感器的粗细、电导率、灵敏度等。该传感器可以实现对手指动以及说话的实时监控[44]。麻省理工学院机械工程系的 Seongwoo Ryu 纺工艺将碳纳米管织成长的碳纳米纤维并用其制作了超拉伸、高灵敏度间快、高重复性的应变传感器并将其集成在手套上制成数据手套用于手此外他们还通过将制得的碳纳米纤维放置 在两个不同的方向制作用于同方向形变的应变传感器[50]。图 1.1 为国外柔性拉伸传感器研究现状。

图 1.2 国外柔性拉伸电极研究现状Fig1.2 Research status of flexible electrode in abord研究现状国内对于可穿戴设备的研究也取得了很大的发展。苏州纳所的狄江涛等制备了一种碳纳米管/绝缘硅橡胶/碳纳米管层

4图 1.3 国内柔性应变传感器研究现状Fig1.3 Research status of strain sensor in China的纤维应变传感器，该传感器具有高拉伸性，高重复性，高灵敏度该应变传感器不仅仅只能监测拉伸形变，还能够监测扭曲。此外该形状细长能够很轻松的织在手套、衣服等常用穿戴物品上，在人体拥有巨大的潜力[57]。肥工业大学黄英教教授课题组通过以单壁碳纳导电填料硅橡胶为基体制备纳米导电复合材料，并通过旋涂的工艺

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本文编号：2782424