力电耦合增强微锥台阵列结构柔性压力传感技术研究

发布时间：2025-01-15 11:08

　　柔性压力传感器作为获取压力参数的主要途径,与物联网、云计算等新兴技术融合可有效推动智慧医疗和人机交互等领域的发展。然而,柔性压力传感器在发展和应用中遇到以下技术瓶颈。第一,缺乏微弱压力感知能力和高灵敏传感能力,一方面,微弱压力感知能力可实现器件对多种微弱压力变量的测量,从而尽早发现重要生理信号变化,降低并预防疾病发作;另一方面,高灵敏传感能力可提高器件电学输出和测量范围,从而增强测试可靠性并拓展应用场景。第二,传统刚性电池体积和重量较大且不具有柔韧性,作为柔性压力传感器的供能电源会给佩戴者带来不适感;并且传统刚性电池无法提供持续稳定的电能供给,使器件无法对人体相关压力参数实时监测。针对上述问题,本研究提出了摩擦起电式/压电式/摩擦-压电复合式柔性压力传感器的力电耦合增强方法,验证了该方法对传感器微弱压力感知能力、灵敏度和测量范围的提升作用,消除了刚性电池对传感器佩戴舒适性和工作时间的影响,研究了所制备传感器的性能指标与潜在应用场景,主要研究内容如下。（1）基于麦克斯韦位移电流传输理论的力电耦合方法研究。系统分析摩擦起电式压力传感技术和压电式压力传感技术的力电耦合机理,提出了多自由度条件下...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-13香港理工大学陶肖明课题组制备的摩擦-压电复合式柔性压力传感器

2018年香港理工大学陶肖明课题组提出一种导电织物型摩擦-压电复合式柔性压力传感器,该器件可将人体运动产生的机械能直接转换为电信号(图1-13)[36]。制备过程如图1-13所示,首先将PVDF粉体溶于丙酮与二甲基甲酰胺的混合溶液中制备出PVDF纺丝溶液,而后将BTO、CNT同时....

图1-14电子科技大学张晓升课题组制备的摩擦-压电复合式柔性压力传感器

2018年电子科技大学张晓升课题组提出了一种基于静电纺丝工艺的摩擦-压电复合式柔性压力传感器用于监测人体姿态运动(图1-14)[34]。如下图所示,传感器主要由丝绸纳米纤维、PVDF纳米纤维以及对应的导电织物组成。其中,丝绸纳米纤维和PVDF纳米纤维作为摩擦材料并通过接触-分离模....

图1-15 Chengkuo Lee课题组提出棉袜织物基摩擦-压电复合式柔性压力传感器

综上所述,基于摩擦起电效应和压电效应协同的柔性压力传感器能够实现更高电学输出性能,具有更广阔应用前景。但是,目前已发表的摩擦-压电复合式柔性压力传感器大多以织物(导电布、棉线等)为主要基体/敏感材料。这些材料虽然具有一定柔韧性,但若将器件与人体皮肤直接接触,其固有材料特性也会给人....

图2-1摩擦起电式力电耦合器件四类基本工作模式(a)垂直接触-分离模式;(b)水平滑动模式;(c)单电极模式;(d)独立层模式

如图2-1所示,依据电学信号产生方式和器件构造(结构)类型,摩擦起电式力电耦合器件可分为四类工作模式:垂直接触-分离模式、水平滑动模式、单电极模式和独立层模式[72]。通过材料选择和结构设计优化等方法,不同工作模式摩擦起电式力电耦合器件能够适应不同的应用类型和工作场景。其中垂直接....

本文编号：4027309