碳泡沫/水凝胶柔性传感材料的制备与性能研究
发布时间：2021-02-19 05:41
柔性传感器在未来的生活和工作中具有越来越重要的地位,这就意味着对柔性传感器在灵敏度和力学性能上将提出越来越高的要求。本论文提出利用嵌入式可变形碳泡沫电极诱导聚合物水凝胶中双电层（EDL）电容变化,来实现对多种力学激励模式,如拉伸和垂直压力的高灵敏度探测。不同于传统的载荷改变电容器电极间距离（最小至微米级）形成电容响应的介电电容传感器,双电层电容器两极间距离极小（纳米级）且很难改变,它是通过载荷改变电极面积从而改变电量而形成电容响应,因此电容值更大,更容易测量,对力学激励的响应更灵敏。利用电容式感应机理,本论文设计制备了碳泡沫/聚合物水凝胶柔性复合材料。其中离子在碳泡沫骨架和水凝胶的接触界面处形成双电层电容（EDL）,外界的力学激励会改变碳泡沫骨架与水凝胶的接触面积,进而引起双电层电容值的变化。我们首先研究了碳泡沫和碳泡沫/水凝胶复合材料的制备方法,得到了最优工艺条件参数,对其微观结构和力学性能进行了表征和测试。然后考察了碳泡沫/水凝胶复合材料对压力和拉伸两种力学激励模式的感应性能,包括灵敏度、稳定性和耐疲劳性能等。结果显示,该材料对垂直压力的感应灵敏度可达到2.33,对拉伸变形的感应灵...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 传感器介绍
1.3 柔性传感器介绍
1.3.1 柔性传感器的研究现状
1.3.2 柔性传感器的发展方向
1.4 碳泡沫简介
1.4.1 碳泡沫的制备方法
1.4.2 碳泡沫的发展现状
1.4.3 碳泡沫的应用
1.5 水凝胶简介
1.5.1 水凝胶的分类
1.5.2 水凝胶在柔性电子器件中的应用
1.6 本文研究工作
2 碳泡沫的制备
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验方法
2.2.3 试样性能表征
2.3 原料泡沫密度对碳泡沫性能的影响
2.4 碳化温度对碳泡沫制备的影响
2.5 本章小结
3 碳泡沫水凝胶复合柔性传感材料的制备
3.1 引言
3.2 样品制备
3.2.1 实验原材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 制备方法
3.3 各因素对水凝胶成型的影响
3.4 试样力学性能测试
3.4.1 水凝胶力学性能
3.4.2 柔性传感材料力学性能
3.5 本章小结
4 压力感应性能
4.1 引言
4.2 压力传感机制
4.3 压力感应性能实验
4.3.1 连续加载实验
4.3.2 循环加载实验
4.4 力学-电学同步对比实验
4.5 应用演示实验
4.6 本章小结
5 拉力感应性能
5.1 引言
5.2 拉伸响应灵敏度
5.2.1 连续加载实验
5.2.2 循环加载实验
5.3 力学-电学同步对比实验
5.4 应用演示实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米材料在柔性压力传感器中的应用[J]. 罗实,周熙,杨俊,魏大鹏. 功能材料. 2018(08)
[2]三聚氰胺泡沫塑料碳化研究[J]. 何利华. 河南化工. 2016(10)
[3]三聚氰胺甲醛树脂泡沫塑料碳化研究[J]. 何利华,陈言胜,蒋凡顺,孙常福,李金纳. 工程塑料应用. 2016(10)
[4]三聚氰胺泡沫的应用研究[J]. 叶锐,张路,付豪,苟航,苏华. 新型建筑材料. 2016(02)
[5]柔性电子器件的应用、结构、力学及展望[J]. 李学通,仝洪月,赵越,杜凤山. 力学与实践. 2015(03)
[6]柔性触觉传感器主要技术[J]. 王钰,李斌. 传感器与微系统. 2012(12)
[7]Double network hydrogel with high mechanical strength:Performance,progress and future perspective[J]. CHEN YongMei1,2,DONG Kun1,LIU ZhenQi1 & XU Feng3 1 MOE Key Laboratory for Non-Equilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter,Department of Chemistry,School of Science,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China;2 Biomedical Engineering and Biomechanics Center,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China;3 College of Chemistry & Material Science,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(08)
[8]电磁兼容设计在水声探测浮标系统中的应用[J]. 牛志华,崔华义. 海洋技术. 2011(01)
[9]三聚氰胺泡沫塑料发展现状及应用前景[J]. 汪家铭. 石油化工技术与经济. 2011(01)
[10]传感器技术的研究现状与发展前景[J]. 陆遥. 经济师. 2009(09)
硕士论文
[1]负载镍碳泡沫超级电容器电极材料的制备及其性能研究[D]. 蒋高青.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于聚合物凝胶的柔性传感器制备及性能研究[D]. 李小康.大连理工大学 2017
[3]中间相沥青基高导热炭材料的制备及性能研究[D]. 张莹莹.北京化工大学 2010
[4]碳泡沫的发泡法和模板法制备及其表征[D]. 田辞.同济大学 2008
本文编号：3040681
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 传感器介绍
1.3 柔性传感器介绍
1.3.1 柔性传感器的研究现状
1.3.2 柔性传感器的发展方向
1.4 碳泡沫简介
1.4.1 碳泡沫的制备方法
1.4.2 碳泡沫的发展现状
1.4.3 碳泡沫的应用
1.5 水凝胶简介
1.5.1 水凝胶的分类
1.5.2 水凝胶在柔性电子器件中的应用
1.6 本文研究工作
2 碳泡沫的制备
2.1 引言
2.2 实验材料与方法
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验方法
2.2.3 试样性能表征
2.3 原料泡沫密度对碳泡沫性能的影响
2.4 碳化温度对碳泡沫制备的影响
2.5 本章小结
3 碳泡沫水凝胶复合柔性传感材料的制备
3.1 引言
3.2 样品制备
3.2.1 实验原材料
3.2.2 实验仪器
3.2.3 制备方法
3.3 各因素对水凝胶成型的影响
3.4 试样力学性能测试
3.4.1 水凝胶力学性能
3.4.2 柔性传感材料力学性能
3.5 本章小结
4 压力感应性能
4.1 引言
4.2 压力传感机制
4.3 压力感应性能实验
4.3.1 连续加载实验
4.3.2 循环加载实验
4.4 力学-电学同步对比实验
4.5 应用演示实验
4.6 本章小结
5 拉力感应性能
5.1 引言
5.2 拉伸响应灵敏度
5.2.1 连续加载实验
5.2.2 循环加载实验
5.3 力学-电学同步对比实验
5.4 应用演示实验
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米材料在柔性压力传感器中的应用[J]. 罗实,周熙,杨俊,魏大鹏. 功能材料. 2018(08)
[2]三聚氰胺泡沫塑料碳化研究[J]. 何利华. 河南化工. 2016(10)
[3]三聚氰胺甲醛树脂泡沫塑料碳化研究[J]. 何利华,陈言胜,蒋凡顺,孙常福,李金纳. 工程塑料应用. 2016(10)
[4]三聚氰胺泡沫的应用研究[J]. 叶锐,张路,付豪,苟航,苏华. 新型建筑材料. 2016(02)
[5]柔性电子器件的应用、结构、力学及展望[J]. 李学通,仝洪月,赵越,杜凤山. 力学与实践. 2015(03)
[6]柔性触觉传感器主要技术[J]. 王钰,李斌. 传感器与微系统. 2012(12)
[7]Double network hydrogel with high mechanical strength:Performance,progress and future perspective[J]. CHEN YongMei1,2,DONG Kun1,LIU ZhenQi1 & XU Feng3 1 MOE Key Laboratory for Non-Equilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter,Department of Chemistry,School of Science,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China;2 Biomedical Engineering and Biomechanics Center,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China;3 College of Chemistry & Material Science,Shaanxi Normal University,Xi’an 710062,China. Science China（Technological Sciences）. 2012(08)
[8]电磁兼容设计在水声探测浮标系统中的应用[J]. 牛志华,崔华义. 海洋技术. 2011(01)
[9]三聚氰胺泡沫塑料发展现状及应用前景[J]. 汪家铭. 石油化工技术与经济. 2011(01)
[10]传感器技术的研究现状与发展前景[J]. 陆遥. 经济师. 2009(09)
硕士论文
[1]负载镍碳泡沫超级电容器电极材料的制备及其性能研究[D]. 蒋高青.哈尔滨工业大学 2017
[2]基于聚合物凝胶的柔性传感器制备及性能研究[D]. 李小康.大连理工大学 2017
[3]中间相沥青基高导热炭材料的制备及性能研究[D]. 张莹莹.北京化工大学 2010
[4]碳泡沫的发泡法和模板法制备及其表征[D]. 田辞.同济大学 2008
本文编号：3040681
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