可拉伸压电丙烯腈弹性体的制备及其在人体运动监控可穿戴设备上的应用
发布时间：2022-04-23 18:19
人体皮肤具有柔软,可拉伸,轻便和强韧的特性,并能够将各种输入刺激从外部环境（例如微风）传递到大脑。因此,最近吸引了许多研究人员开发人造皮肤的新型材料,用在软体机器人,可穿戴的传感器和医疗装备和人工智能设备。目前,压电传感器已广泛用于可穿戴设备中以模仿人类皮肤的功能。但是,开发兼具高灵敏度,伸缩性,高弹性和合适的杨氏模量的压电软材料仍然是巨大的挑战。该课题所研究的是通过将主要的单体:N,N`-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）、对苯乙烯磺酸钠（Na SS）、丙烯腈（PAN）和聚偏氟乙烯（PVDF）等数种单体链式聚合后而再经过冷冻干燥过程后所制备的一种具有良好压电特性的聚合物复合弹性体。通过各种如扫描电镜的常规表征以及特殊的电学性能表征,我们发现-C≡N-链和-CH2/-CF2链之间的偶极-偶极相互作用被用来引起PVDF构象的改变（从α构象到β构象）,与之带来的是机械性能增强。通过微观观察,这种由全有机聚合物组成的弹性体具有凹凸不平的褶皱结构,具有极高的可拉伸性,超压缩性和高弹性。使用万能电表测试后,可以发现这种复合压电弹性体有着出色的电势输出能力(Vo...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可穿戴设备的应用方面(图片来自百度搜索)
第一章绪论5问，监测人类的健康和生物表面周围的环境将促进更健康的生活方式。1.1.2可穿戴电子设备应用于人体运动监控为了满足各个人的需求，可拉伸传感器的功能已逐渐趋向多样化，包括体温检测[16]，心率监测[17]和肌肉运动监测[18]。这些功能可帮助人们实时全面了解自己的身体状况，并可以及时发现疾病的初始症状，为医治博得最佳的时间段。如图1-3列举了最近开发的可穿戴可拉伸传感器用于人体运动检测。每个人在每日或多或少都会进行一定量的运动。然而，不良的运动习惯会对我们的健康产生重大影响或是损害。例如，智能手机向现代人提供了一种学习和娱乐的新图1-3人体运动检测伸缩性传感器：语音监听[19]，b监测肩运动[20]，c监测人类情感[21]，d监测关节运动[22]。用于环境监测的可伸缩传感器：e监测湿度[23]，f监测汗液[14]，g监测气体[24]。用于个人医疗保健的可伸缩传感器：h核心体温检测[25]，i心脏脉冲监测[26]，j血管监测[27]，k脉冲监测[28]Figure1-3.Functionalcharacteristicsofrecentlydevelopedstretchablesensorsforwearablebiomedicalapplications.Stretchablesensorsforhumanbodymotiondetection:a)voicemonitoring[21],b)monitoringshouldermovement[22],c)monitoringhumanemotion[23],d)monitoringjointmovement[24].Stretchablesensorsforenvironmentalmonitoring:e)monitoringhumidity[25],f)monitoringperspiration[14],g)monitoringgas[26].Stretchablesensorsforpersonalhealthcare:h)corebodytemperaturedetection[27],i)heartpulsemonitoring[28],j)bloodvesselmonitoring[29],k)pulsemonitoring[30]
第一章绪论7拉伸传感器可以通过技术的快速进步暂时性地越过这些困难。山田[32]提出了一种新型的可拉伸电子纳米材料，该材料由排列的单壁碳纳米管薄膜组成，该薄膜在拉伸时会变形，其变形方式类似于去皮时的结构变形。这种可拉伸的传感器不仅用来精确监视大规模和快速的人体运动，而且，可以以检测人体发声的音节。这种进步促进了可拉伸传感器的制造，该传感器实现了对人类活动的全方位检测，从单一功能到涉及拉伸，弯曲和扭曲的复杂人体运动。同时，可应用于人体运动的检测的可拉伸柔性的各式（压电式，压阻式和电容式）传感器正在不断的向前发展和应用中。可拉伸传感器在人体运动检测中的功能在诊断受损的声带，监测帕金森氏病，确定脊柱姿势变化的情况和状态，分析人类面部的表情变化以及检测运动姿势方面起着关键作用。图1-4通过灵敏度高的小型传感器检测到的获取的随时间变化的ΔR/R0响应，该传感器通过高灵敏度的小传感器检测到，该传感器附着在额头和嘴附近的皮肤上[30]Figure1-4.theacquiredtimedependentΔR/R0responsesoflaughingandcryingdetectedviasmall-scalesensorswithhighsensitivity,whichareattachedtotheforeheadandtheskinnearthemouth[30]同时，一些用于跟踪帕金森氏病，癫痫以及发现突然跌倒的可穿戴生物医学传感器取得了一些杰出的成就。Son[33]为帕金森氏症所开发了一种可穿戴式传感器；当帕金森氏病患者佩戴当前的多功能设备时，该设备可以使用硅纳米膜应变传感器测量震颤。然后，将对震颤数据进行分析并将其分类为特定的疾病模式，相应的反馈疗法（即从中孔二氧化硅纳米颗粒中递送药物）将通过热刺激（加热器）以最佳速率经皮进行。
本文编号：3647730
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
可穿戴设备的应用方面(图片来自百度搜索)
第一章绪论5问，监测人类的健康和生物表面周围的环境将促进更健康的生活方式。1.1.2可穿戴电子设备应用于人体运动监控为了满足各个人的需求，可拉伸传感器的功能已逐渐趋向多样化，包括体温检测[16]，心率监测[17]和肌肉运动监测[18]。这些功能可帮助人们实时全面了解自己的身体状况，并可以及时发现疾病的初始症状，为医治博得最佳的时间段。如图1-3列举了最近开发的可穿戴可拉伸传感器用于人体运动检测。每个人在每日或多或少都会进行一定量的运动。然而，不良的运动习惯会对我们的健康产生重大影响或是损害。例如，智能手机向现代人提供了一种学习和娱乐的新图1-3人体运动检测伸缩性传感器：语音监听[19]，b监测肩运动[20]，c监测人类情感[21]，d监测关节运动[22]。用于环境监测的可伸缩传感器：e监测湿度[23]，f监测汗液[14]，g监测气体[24]。用于个人医疗保健的可伸缩传感器：h核心体温检测[25]，i心脏脉冲监测[26]，j血管监测[27]，k脉冲监测[28]Figure1-3.Functionalcharacteristicsofrecentlydevelopedstretchablesensorsforwearablebiomedicalapplications.Stretchablesensorsforhumanbodymotiondetection:a)voicemonitoring[21],b)monitoringshouldermovement[22],c)monitoringhumanemotion[23],d)monitoringjointmovement[24].Stretchablesensorsforenvironmentalmonitoring:e)monitoringhumidity[25],f)monitoringperspiration[14],g)monitoringgas[26].Stretchablesensorsforpersonalhealthcare:h)corebodytemperaturedetection[27],i)heartpulsemonitoring[28],j)bloodvesselmonitoring[29],k)pulsemonitoring[30]
第一章绪论7拉伸传感器可以通过技术的快速进步暂时性地越过这些困难。山田[32]提出了一种新型的可拉伸电子纳米材料，该材料由排列的单壁碳纳米管薄膜组成，该薄膜在拉伸时会变形，其变形方式类似于去皮时的结构变形。这种可拉伸的传感器不仅用来精确监视大规模和快速的人体运动，而且，可以以检测人体发声的音节。这种进步促进了可拉伸传感器的制造，该传感器实现了对人类活动的全方位检测，从单一功能到涉及拉伸，弯曲和扭曲的复杂人体运动。同时，可应用于人体运动的检测的可拉伸柔性的各式（压电式，压阻式和电容式）传感器正在不断的向前发展和应用中。可拉伸传感器在人体运动检测中的功能在诊断受损的声带，监测帕金森氏病，确定脊柱姿势变化的情况和状态，分析人类面部的表情变化以及检测运动姿势方面起着关键作用。图1-4通过灵敏度高的小型传感器检测到的获取的随时间变化的ΔR/R0响应，该传感器通过高灵敏度的小传感器检测到，该传感器附着在额头和嘴附近的皮肤上[30]Figure1-4.theacquiredtimedependentΔR/R0responsesoflaughingandcryingdetectedviasmall-scalesensorswithhighsensitivity,whichareattachedtotheforeheadandtheskinnearthemouth[30]同时，一些用于跟踪帕金森氏病，癫痫以及发现突然跌倒的可穿戴生物医学传感器取得了一些杰出的成就。Son[33]为帕金森氏症所开发了一种可穿戴式传感器；当帕金森氏病患者佩戴当前的多功能设备时，该设备可以使用硅纳米膜应变传感器测量震颤。然后，将对震颤数据进行分析并将其分类为特定的疾病模式，相应的反馈疗法（即从中孔二氧化硅纳米颗粒中递送药物）将通过热刺激（加热器）以最佳速率经皮进行。
本文编号：3647730
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