柔性纤毛传感器的仿生设计及力学和传感特性研究

发布时间：2022-02-24 04:21

　　近年来,柔性传感器因其在可穿戴电子、人造皮肤、机器人和医疗保健等领域的良好应用前景而引起了人们的广泛关注。柔性传感器的突破使得大规模制造低成本、性能优越的柔性电子产品成为可能。目前,相关研究多侧重于提高柔性传感器的压力或应变灵敏度。然而,具有重要科学意义和现实意义的多功能柔性传感器报道较少。虽然目前人们在开发柔性传感器方面已取得了一定的进展,但开发能够超越人类皮肤特性的多功能柔性传感器仍然是一个巨大的挑战。本文通过对人体皮肤和蜘蛛腿部传感系统进行仿生研究,制备了系列多功能、柔性纤毛传感器,主要研究工作和成果如下:（1）人体皮肤-毛细胞结构和蜘蛛腿部的传感特性仿生研究。本章运用扫描电镜对人体皮肤-毛细胞结构和蜘蛛腿部的听觉系统进行了观察,获得了其结构参数及微观形貌特征。对于人体皮肤-毛细胞结构,理论分析显示皮肤中的乳突结构可使神经元所在位置产生应力集中效应,从而提高皮肤的传感特性;同时,纤毛结构类似于杠杆,在根部具有应力放大的效果,增强了人体对外界机械信号的敏感度。对于蜘蛛腿部的听觉系统,除了纤毛结构的应力放大效应,蜘蛛腿部的裂纹结构也是其对振动信号高度灵敏的关键。利用有限元分析和弹性理... 

【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 传感器简介
    1.2 柔性传感器
    1.3 柔性应力传感器
        1.3.1 柔性应力传感器简介
        1.3.2 柔性应力传感器研究现状
    1.4 柔性多功能传感器
    1.5 仿生传感器
    1.6 仿生纤毛传感器
    1.7 本文的研究意义与主要内容
        1.7.1 研究意义
        1.7.2 主要研究内容
2 生物纤毛结构及传感机理
    2.1 引言
    2.2 人体皮肤毛细胞及其传感机理
        2.2.1 人体皮肤结构特征及其传感机理
        2.2.2 人体皮肤模量与传感特性
        2.2.3 人体毛细胞的结构特征
        2.2.4 人体毛细胞结构与传感特性
    2.3 蜘蛛感受器及其传感机理
        2.3.1 蜘蛛裂纹结构
        2.3.2 蜘蛛裂纹结构的传感机理
        2.3.3 蜘蛛纤毛结构
        2.3.4 蜘蛛纤毛触觉传感机理
        2.3.5 蜘蛛纤毛振动传感机理
        2.3.6 纤毛和裂纹的协同作用
    2.4 本章小结
3 基于皮肤仿生的多功能纤毛传感器
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 材料
        3.2.2 制备
        3.2.3 表征
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 传感器的制备与结构表征
        3.3.2 传感器的传感特性研究
        3.3.3 传感器的应用研究
    3.4 本章小结
4 基于蜘蛛仿生的振动传感器
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 材料
        4.2.2 制备
        4.2.3 表征
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 传感器的制备与结构表征
        4.3.2 传感器的传感特性研究
        4.3.3 传感器的应用研究
    4.4 本章小结
5 基于纤毛阵列的力、磁双模态传感器
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 材料
        5.2.2 制备
        5.2.3 表征
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 传感器的制备与结构表征
        5.3.2 传感器的传感特性研究
        5.3.3 传感器的应用研究
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 结论
    6.2 创新性成果及意义
    6.3 展望
参考文献
附录
    A.作者在攻读博士学位期间发表的论文
    B.作者在攻读博士学位期间参与的科研课题
    C.作者在攻读博士学位期间申请的专利
    D.学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米应力/应变传感器概述及应用现状[J]. 廖新勤,丁一.  新材料产业. 2017(05)
[2]机敏异漏斗蛛体表超微感受器的扫描电镜观察[J]. 刘洋洋,荆奇,周琼.  动物学杂志. 2016(03)
[3]纤毛研究进展[J]. 矫健,张罗.  首都医科大学学报. 2009(01)
[4]蜘蛛的机械感器[J]. 刘献中,李晓晨.  昆虫知识. 2008(01)
[5]传感器应用与发展[J]. 吴伟明.  电子制作. 2007(04)
[6]网络化智能传感器中的以太网接口设计[J]. 申柏华,徐杜.  传感器世界. 2005(06)
[7]浅谈仿生传感器[J]. 董守愚.  安徽电子信息职业技术学院学报. 2004(Z1)
[8]仿生传感技术的研究进展[J]. 王平.  中国医疗器械杂志. 2004(04)
[9]动物行为与地震预测[J]. J.L.Kirschvink,李春来.  世界地震译丛. 2002(05)
[10]人体毛发及其功用[J]. 刘德明.  生物学教学. 1994(10)

博士论文
[1]阶梯流场和负压吸动下纳米纤维成纱机理及其在柔性应力传感器上的应用研究[D]. 周玉嫚.江南大学 2018
[2]海冰电性能研究及其在极地冰雪监测中的应用[D]. 常晓敏.太原理工大学 2014
[3]仿生蜘蛛振动感知的硅微加速度传感器研究[D]. 汪延成.浙江大学 2010

硕士论文
[1]指尖三维力传感器与仿生触须传感器的研究[D]. 张强.东南大学 2017
[2]基于摩擦纳米发电机的柔性可穿戴多功能压力传感器[D]. 李小石.重庆大学 2017
[3]深海压力传感器实验平台的关键问题研究[D]. 杨天伟.合肥工业大学 2016



本文编号：3641966