基于石墨烯异质敏感材料的LC谐振式柔性传感器关键技术研究

发布时间：2021-03-30 17:23

　　微型化、集成化、曲面共形的无线传感器在机械旋转部件、人体生理状态监测、健康医疗、食品安全以及环境监测等领域存在广泛需求。针对上述测试需求,本文分别提出了基于石墨烯异质敏感材料的应变、气体、湿度单参数传感器及集成式多参数传感器。研究了基于石墨烯及其异质材料敏感特性,阐明了各参数的敏感机理;利用电磁仿真软件HFSS对传感器进行仿真优化设计,并基于微纳制造工艺实现传感器的微型化制造;构建了多参数解耦系统,实现复合环境下多种参数的测试,为狭小空间、密闭环境、高速旋转以及曲面各参数的测试提供新思路。本论文针对特殊环境下各参数测试的难题,开展了高性能传感器的研究,包括应变、气体、湿度及集成式多参数传感器的设计、制备、敏感机理分析及其工况环境应用的研究。主要研究内容包括以下几个方面:（1）构建了LC无线无源等效电路模型,分析了各敏感单元对传感器谐振频率的影响。研究了电容式、电阻式两种LC无线无源传感器敏感机理,并分别构建了等效模型。研究LC无线无源集成式多参数传感器等效电路模型,并分析了各电路耦合感应电压、感应电流,并通过输入阻抗得出传感器的特性参数。（2）为了满足不同参数的测试需求,研究了石墨烯基... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

基于碳纳米管的可拉伸三极管温度传感器

中国科学院上海陶瓷研究所王冉冉教授课题组开发了一种基于Ti3C2TX的高柔性和高灵敏度的温度传感器,如图1-4所示。同时制备了Ti3C2Tx纳米粒子和Ti3C2Tx纳米片。基于Ti3C2Tx的温度传感器具有不同的形貌和结构,具有高度可调谐的传感性能,并具有高灵敏度、较宽的工作范围、快速响应时间、高精度和良好的循环耐久性。开发了4×4传感器阵列电子皮肤,用于温度监测,从而使该电子皮肤传感器在如人机交互、智能机器人等领域具有广泛的应用前景[42]。图1-4基于Mxene的高度灵活的高灵敏度温度传感器

图1-3基于可溶性离子凝胶的可穿戴温度传感器南洋理工大学Pooi See Lee课题组开发了一种三维褶皱石墨烯热指数可调的温度传感器,其温度检测通道与银电极完全嵌入弹性体中,使其具有良好的拉伸性能,如图1-5所示。另外,该传感器被拉伸了50%,即使在高度拉伸的状态下也能保持其功能。随着器件拉伸的增加,热指数也随之增加,这是由于相邻褶皱结构的石墨烯之间的应变引起的器件内部电连接变化。可调热指数是柔性电子器件的一个特征,有望使同一石墨烯热敏电阻实现多种应用[43]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]含水工况下磷化对轴承疲劳寿命的影响[J]. 陈晓萌,王文,樊洪辉,俞扬飞.  计量与测试技术. 2019(06)
[2]“十三五”先进制造技术领域科技创新专项规划（选编）[J].   中国计量. 2017(12)
[3]从二维材料到范德瓦尔斯异质结[J]. 於逸骏,张远波.  物理. 2017(04)
[4]机器人温度监测及恒温控制系统设计[J]. 袁琳娜,罗敏.  计量与测试技术. 2016(12)
[5]工业4.0、互联网+、中国制造2025 中国制造业转型升级的未来方向[J]. 王喜文.  国家治理. 2015(23)
[6]滚动轴承锈蚀机理分析[J]. 王子君.  轴承. 2012(02)
[7]滚动轴承内部温度状态监测技术[J]. 宁练,周孑民.  轴承. 2007(02)



本文编号：3109861