多重响应柔性电子皮肤的研制

发布时间：2023-02-16 19:04

　　皮肤是人体最重要的器官之一,具有触觉感知、高柔韧性、可拉伸性、自愈合能力等。皮肤触觉是人类对外界环境中力和温度的变化、物体的形状和纹理、以及其他物理、化学信号感知的重要途径。受人类皮肤的启发,一类可媲美、甚至超越皮肤触觉感知能力的柔性电子皮肤(E-skin)器件应运而生,在智能机器人、可穿戴医疗设备和人机交互领域展示了广泛的应用前景。通过对近年来电子皮肤相关工作的总结和梳理,我们发现国内外研究者们已经在该领域做出了很多开创性工作,基于不同的材料、器件结构和传感机制的电子皮肤被成功研制,并展现出了柔性、可拉伸性、高灵敏度、快速响应等独特优势。然而,面向实际应用,现有的电子皮肤在器件制备和功能拓展两个方面仍然存在一些实际问题亟待解决:(一)材料方面,电子皮肤走向应用其制备材料更应兼顾制备成本、环保性、穿戴舒适性、生物兼容性等实际条件,这也是电子皮肤实用化发展必须考虑的问题。(二)器件制备方面,多级微纳米复合结构的引入对器件性能提升起到很重要的作用,但目前制备微纳米多级结构通常涉及到复杂的制备工艺、严苛的实验条件和高昂的成本等问题。与成熟的硅基微电子机械系统(MEMS)工艺不同,各类柔性电子...

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 电子皮肤的研究概况
    1.2 电子皮肤的传感机制
        1.2.1 压阻式电子皮肤
        1.2.2 电容式电子皮肤
        1.2.3 压电式电子皮肤
        1.2.4 其他电子皮肤
    1.3 电子皮肤的多重响应
        1.3.1 力学信号检测
        1.3.2 温度检测
        1.3.3 生物和化学物质检测
    1.4 本论文的选题依据与研究内容
        1.4.1 论文的选题依据
        1.4.2 论文的研究内容
第2章 纸基多功能柔性电子皮肤
    2.1 引言
    2.2 基于图案化石墨电极的柔性电容式传感器
        2.2.1 基于图案化石墨电极的电容式传感器的制备与组装
        2.2.2 器件的结构与材料特性表征
        2.2.3 传感器的双重响应原理
        2.2.4 传感器的传感性能测试
        2.2.5 传感器的潜在应用
    2.3 高透气性多孔纸基电子皮肤
        2.3.1 高透气性多孔纸基电子皮肤的制备
        2.3.2 透气性纸基电子皮肤的器件结构与形貌表征
        2.3.3 透气性纸基电子皮肤的多重信号响应
        2.3.4 透气性纸基电子皮肤的潜在应用
    2.4 本章小结
第3章 基于仿生微纳结构的多功能电子皮肤
    3.1 引言
    3.2 仿芦苇叶表面微纳复合结构的电子皮肤
        3.2.1 仿生电子皮肤的设计与制备
        3.2.2 仿生电子皮肤的多重传感机制
        3.2.3 仿生电子皮肤的性能测试
        3.2.4 仿生电子皮肤对人体生理信号的检测
    3.3 仿昆虫复眼结构的三维电容式传感器
        3.3.1 仿复眼三维传感器的设计与制备
        3.3.2 仿复眼三维传感器的形貌表征
        3.3.3 仿复眼三维传感器的传感原理与性能测试
    3.4 本章小结
第4章 全石墨烯柔性MEMS器件
    4.1 引言
    4.2 氧化石墨烯的可控光还原方法
    4.3 梯度还原石墨烯柔性执行器
        4.3.1 梯度还原石墨烯薄膜的制备
        4.3.2 梯度还原石墨烯薄膜的表征
        4.3.3 梯度石墨烯薄膜的湿度响应特性
        4.3.4 湿度响应的石墨烯柔性执行器
    4.4 激光诱导石墨烯电路的三维布线
        4.4.1 飞秒激光直写制备图案化石墨烯电路
        4.4.2 激光还原氧化石墨烯的形貌和结构表征
        4.4.3 基于三维非平面衬底的激光诱导石墨烯布线
    4.5 全石墨烯电阻/电容复合式传感器
        4.5.1 全石墨烯传感器的设计与制备
        4.5.2 全石墨烯传感器的形貌和材料表征
        4.5.3 全石墨烯传感器的传感性能测试
    4.6 本章小结
第5章 结论
参考文献
在学期间所获得的科研成果
致谢



本文编号：3744328