基于MXene的应变纤维传感器制备及其表征

高灵敏度、宽感应范围的柔性力敏传感器是当前柔性传感领域的重要需求。我们通过将MXene覆盖在氨纶包覆纱纤维表面,制备了一种新型的氨纶纤维应变式电阻传感器。该传感器能将拉伸应变转换成传感器内部导电通道的断裂和重组,进而引起电阻变化。对传感器的拉伸性能和应变传感性能进行检测,检测结果显示,提出的传感器较宽的应变范围、较好的稳定性和可重复性、较高的灵敏度。该传感器在0%~40%、40%~50%的应变范围下,传感器的灵敏度分别约为5.82、46.61,且能够稳定地监测手指的弯曲和伸展运动,在未来的可穿戴电子产品中具有潜在的应用价值。     

基于电流体喷墨打印直写纳米银浆的柔性应变传感器及其应用

柔性传感器在皮肤信号监测方面应用广泛,但传统印刷工艺难以满足其高精度定位、高黏度墨液印刷的制备要求。利用电流体喷墨打印工艺在高黏度材料制备方面的优势,使用纳米银浆制作用于人体皮肤信息采集的电阻式柔性应变传感器。探索电喷印工艺参数对导电线宽的影响规律,使用内径0.16 mm的喷嘴以30 mm/s的打印速度移动制得宽度120μm的银线。通过实验得出打印速度和喷嘴内径对银线线条宽度和质量的影响规律,利用电流体喷墨打印工艺制备出基于聚二甲基硅氧烷柔性基底和纳米银浆敏感层的柔性应变传感器。利用自主研制的检测系统,测试并计算出传感器应变范围在3%内时灵敏度可达172.67。最后将传感器用于多个人体部位的姿态监测,证明其具有检测微小信号的能力。测试结果证明,电流体喷墨打印工艺可用于制备柔性应变传感器,制得的柔性应变传感器在智能穿戴设备上具有应用潜力。     

可穿戴柔性电子应变传感器进展及其应用研究

柔性应变传感器作为智能传感技术的核心,具有高柔韧性、高灵敏度、高稳定性等优势。柔性应变传感器与人工智能技术融合,可对人体生命活动所产生的信号进行全方位、多角度、多层次的数据采集,实现在医疗监护、人机交互和电子皮肤等领域的应用。综述了柔性应变传感器的类型,阐述了柔性应变传感器的传感机制以及不同微结构的传感器在检测范围、灵敏度和稳定性方面的优势,梳理了近十年来可穿戴柔性应变传感器的发展趋势和研究进展,就柔性应变传感器在人体运动检测、医疗监护、虚拟现实和电子皮肤领域的应用进行综述,总结了柔性应变传感器亟需解决的关键性问题以及未来发展的动向。     

激光诱导石墨烯柔性可穿戴传感器的研究进展

柔性可穿戴传感器因柔软轻便、延展性强且可用于健康管理、环境监测、食品检测、储能器件等领域而备受关注,基于激光诱导石墨烯的柔性可穿戴传感器克服了传统可穿戴设备的不足,其制备过程具有单步原位制备、绿色环保、低成本等优势,符合新型便携式/可穿戴电子产品向着智能化、微型化、高集成度、柔性化方向发展的趋势,具有良好的发展前景。本文首先阐述了石墨烯的传统制备工艺与激光诱导石墨烯的优缺点;然后分析了碳前体、激光器类型、激光参数、掺杂改性等影响因素对激光诱导石墨烯的结构和性能的影响;接着介绍了激光诱导石墨烯在柔性应变传感器、柔性生理传感器、柔性化学传感器等方面的应用研究;最后,对其应用前景进行了展望。     

柔性压力传感器成型技术及制备工艺研究进展

应用日益广泛的可穿戴设备要求其中的传感器件可拉伸、可弯曲，因此柔性传感器已受到人们的重视。文章对柔性压力传感器的微结构、材料、制备工艺等方面进行了综述，重点总结了现阶段柔性传感器所采用的各种结构，比较了天然微结构、仿生表面微结构、多孔结构、多级结构、多层结构柔性压力传感器的重要性能。介绍了目前常用的柔性基底材料和导电活性材料，对比了光刻技术、3D打印等制造工艺的优缺点，对柔性压力传感器的未来研究方向进行了展望。文章对相关柔性器件的研究具有较高的理论价值和工程参考意义。     

基于PEDOT:PSS与碳纳米管复合纳米材料的应变传感器

提出一种基于导电聚合物聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT∶PSS)与碳纳米管(CNT)复合纳米材料的柔性应变传感器。介绍了复合纳米材料的制备、应变传感器的制备与封装以及传感器力学性能的测试。利用自制夹具对传感器进行了测试,测试结果表明制备的传感器在不同拉伸下,传感器U-I曲线符合欧姆定律,该传感器最大相对拉伸可达100%,应变灵敏度系数(GF)可达301,并且具有良好的重复性。该应变传感器在人类运动监测、个性化医疗以及心理健康监测等方面具有广阔的应用前景。     

基于MXene的柔性压力传感器制备及其表征

柔性压力传感器在可穿戴电子设备、电子皮肤、人机交互等领域具有广泛的应用。我们以MXene修饰的聚氨酯海绵作为导电材料、微结构化设计的PET薄膜作为基底,设计并制备了一种基于MXene的柔性压阻式压力传感器。该传感器具有制造工艺简单、成本较低等优点。对传感器的压力传感性能和稳定性功能进行了表征,结果表明,该传感器灵敏度高(0.345kPa-1,0-6kPa;2.270kPa-1,6-11kPa);动态响应时间快(380ms);在连续的加载-卸载测试循环中保持良好的重复稳定性。我们还对传感器的压力感知功能进行了可视化验证。该传感器有望应用于可穿戴设备、柔性电路、电子皮肤等相关领域。     

MXene 柔性压力传感器的制备与性能

柔性压力传感器作为一种新型的压力电子器件已经在医疗健康监测、智能可穿戴的电子设备、人机数据交互平台等领域广泛应用。采用磁控溅射法制备叉指电极,通过湿法腐蚀法获得MXene胶体溶液,利用压电式按需喷印技术将MXene胶体溶液覆盖在叉指电极的上方,从而完成压敏活性层的制备。利用扫描电子显微镜(SEM)对MXene压敏活性层的形貌进行表征,结果表明压敏活性层表面平滑整齐、成膜均匀、结构清晰。对制备的柔性压力传感器进行灵敏度检测。结果表明当压强在0～5 kPa的区间内时,传感器具有较高的灵敏度,为0.139 kPa^-1。最后对该传感器进行人体运动传感性能测试。结果表明该MXene柔性压力传感器有望在可穿戴电子以及医疗监测领域广泛应用。     

基于石墨烯/PDMS介质层的柔性压力传感器

提出了一种以石墨烯/PDMS为介质层的柔性压力传感器,主要介绍了石墨烯/PDMS介质层和柔性压力传感器的制备方法,研究了石墨烯浓度和石墨烯/PDMS介质层厚度对传感器灵敏度的影响。利用压力机和阻抗分析仪对柔性压力传感器进行了测试,结果表明柔性压力传感器有大的工作范围(0～20 kPa)和高的灵敏度(在0～3 kPa的灵敏度为0.3 kPa~(-1),3～8 kPa的灵敏度为0.06 kPa~(-1),8～20 k Pa的灵敏度为0.017 kPa~(-1));同时传感器的可恢复性和重复性能良好,可灵敏地检测手指的弯曲,在机器人皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

压阻式柔性压力传感器的研究进展

随着智能化技术及物联网的不断发展,柔性压力传感器作为可穿戴电子设备和电子皮肤的核心器件,拥有了越来越广阔的市场。经过了十余年的发展,压阻式柔性压力传感器的相关研究已经从探究具有压敏效应的导电高分子复合材料发展到了对高性能传感器的制备研究。为了获得高性能的柔性压力传感器,研究者们在传感器的材料、结构及器件设计等方面进行一系列的创新型研究工作。目前已经研制出了一些基于新型材料与结构的高性能、低成本的柔性压力传感器,并且在可穿戴传感器、电子皮肤等应用领域已经获得了一定程度的发展。本文综述了近年来压阻式柔性压力传感器在材料、结构及应用方向的创新及发展,并对该类传感器的发展进行了展望。     

柔性可穿戴电子的新进展

综述了近期柔性可穿戴电子的研究进展以及在现代生活中的发展应用,阐明了柔性薄膜电子在医学和生活娱乐等领域的发展方向和潜在应用,特别是在医疗领域,柔性电子的发展与应用将是人们未来生命健康监测与治疗的主流方向。详细介绍了以聚酰亚胺等聚合物材料为基底的薄膜电子器件的发展类型,并且阐述了分别以聚合物薄膜材料和导电织物为基底的柔性电子设计。论述了制约柔性可穿戴电子在未来发展研究中的问题,并对柔性可穿戴电子的发展趋势进行了展望。     

聚乙烯醇水凝胶基柔性应变传感器的研究进展

近年来,对聚乙烯醇水凝胶在柔性传感器的应用进行了深入的研究并取得了突破性的进展。对聚乙烯醇水凝胶的性质进行了介绍,阐述了聚乙烯醇水凝胶应用于柔性应变传感器的优势和局限性。聚乙烯醇水凝胶通过纳米填料修饰水凝胶网络,实现多功能可穿戴应变传感的研究进展受到了广泛关注。重点综述了多种纳米填料如金属、非金属、天然材料、MXene纳米材料、蛋白质、液态金属等,对聚乙烯醇水凝胶机械性能、电导性能和力学性能的影响。最后,对于聚乙烯醇水凝胶用于可穿戴应变传感器的必要性、未来发展的要求以及面临的机遇和挑战进行了总结与展望。     

分布式光纤传感器的应变测量方法及其应用

基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器是对应变、温度耦合敏感的高分辨率传感器。针对应变测量方面,研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片在应变测量方法上的区别。通过钢板单向拉伸试验,分别从测量精度、线性度及可重复性等方面研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片的测量数据。通过非等厚度悬臂梁弯曲试验,分析分布式光纤传感器在应变测量方面的优势,并借助于分布式光纤传感器的应变测量数据,重构结构表面应变场。     

基于空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器

提出了一种使用空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器,通过倒模的方法制备PDMS和BaTiO₃复合材料的空心微柱介电层,通过在PET薄膜上丝网印刷导电银浆制作为阵列式电极。实验表明,该传感器在压力范围为0～5 kPa, 5～50 kPa和50～200 kPa时的灵敏度分别为0.498,0.026和0.008 kPa^-1,最小检测压力可达35 Pa,在1000次重复压力实验中表现稳定,且具有快速的响应速度(约134 ms)。该传感器制备方法简单高效,制作成本低且便于大规模制备,同时该传感器在准确性、稳定性、灵活性等方面都有优秀的表现,可被应用于可穿戴电子设备和智能机器人等领域。     

柔性金属可拉伸导电功能结构设计与制备研究

针对柔性系统中信号检测和传输难题,在仿生纳米褶皱结构工艺的基础上提出了柔性金属纳米褶皱结构制备工艺方法,并通过自主研发的高精度测试系统测试表征了制备的柔性金属纳米褶皱导电电线结构具有良好的导电性能,拉伸误差小于4％,而且经过400次的重复性测试,该结构的电阻变化仅为1.1Ω,具有良好的重复性与温湿度环境稳定性,在此基础上又开发了各向异性柔性金属纳米褶皱导电电线结构和各向同性柔性金属纳米褶皱电极结构,并进行了重复性测试和可拉伸性测试。结果表明制备的各向异性柔性金属纳米褶皱导电电线结构和各向同性柔性金属纳米褶皱导电电线结构的导电性具有长期稳定性和可靠性。     

PVA/明胶双网络热电水凝胶制备及自驱动呼吸监测应用

呼吸监测对于人体健康监测具有重要意义。人在呼吸过程中鼻腔呼出的气体温度明显高于环境温度,因此利用热电水凝胶的温度敏感特性研究了一种基于热电水凝胶的自驱动人体呼吸监测装置。通过在聚乙烯醇(PVA)/明胶双网络水凝胶中引入I^-和I^-₃氧化还原电对,将人体呼吸过程产生的温差信号转化成电信号,且塞贝克系数可以达到0.71 mV/K。通过对该热电水凝胶力学性能和电学性能的测试和分析,证明了其不仅具有良好的柔性、可拉伸性,而且能够用于人体呼吸状态监测,及时发现人体呼吸异常情况。该研究可为基于水凝胶的可穿戴电子设备的应用研究提供理论参考和技术支持。     

基于ZnAl-LDH/MWCNT@MXene的柔性压力/温度双功能传感器

锌铝层状双氢氧化物/多壁碳纳米管(ZnAl-LDH/MWCNT)包覆金属碳化物MXene作为复合导电材料制备上下电极,以微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)为介电层,构建了一种柔性双功能传感器。通过器件输出电容信号监测压力,利用单电极的温阻变化监测温度。该柔性电容式传感器的导电层材料为ZnAl-LDH/MWCNT@MXene,搭配微结构为80目的介电层,其性能达到最优。在0～50 kPa时传感器的灵敏度高达1.57%/kPa。温度传感的灵敏度为2.3%/℃,工作温度范围为20～40℃。该器件实现了压力/温度两种物理量的传感,同时可以运用于人体运动和健康状态的实时检测。解决了柔性传感器功能单一的问题,为柔性传感器实现多功能应用提供基础。     

基于壳聚糖修饰的聚氨酯导电织物制备与应变传感性能

为改善多壁碳纳米管(MWCNT)与聚氨酯(PU)海绵基底的结合强度，提高压阻式压力传感器的稳定性，以壳聚糖(CS)为粘合剂，根据多壁碳纳米管与壳聚糖电性相反的原理，利用静电吸附作用使多壁碳纳米管更为紧密地吸附在聚氨酯骨架上，从而制备传感活性部件MWCNT/CS/PU海绵三维复合材料。对传感器表面形貌、灵敏度、响应时间及稳定性等进行了研究，探究MWCNT/CS/PU海绵的传感性能，讨论了柔性压阻传感器的应用前景。实验结果表明，与MWCNT/PU海绵相比，基于CS修饰的MWCNT/PU海绵表面导电层更均匀，该导电填料对基底结合牢固，所制备传感器件具有较高灵敏度，经过50个压缩循环之后稳定性良好，为人体运动监测提供一种新的方案。     

基于压电薄膜传感器的肘部运动检测系统设计

本文介绍了一种基于可贴在衣服上的柔性传感器和STM32单片机的乒乓球运动检测系统,利用DT1-028K压电薄膜传感器感知肘部运动,输出电压信号经过放大,利用单片机完成数字滤波、参数测量和数据显示.测量参数包括单点击球次数、击球频率和击球总数等.实验验证了穿戴式柔性传感器在运动检测方面应用的可行性.     

柔性导电织物键盘设计

针对便携式电子设备及可穿戴计算机系统对柔性、可折叠、多功能输入设备的需求,采用导电织物结合触摸屏控制器开发一种织物键盘,对设备组成原理、传感器材料选取、键盘结构设计、控制程序编写等3个关键问题进行探讨。测试了4种导电织物的面电阻值,根据标准差率最小原则,选取面电阻值为2 646Ω,标准差为114Ω的织物作为传感器材料;根据五线式触摸屏控制电路的功能要求设计了全织物的5层键盘结构,其中2层为导电织物层,实现按压点位置与电压信号的转换。采用Cypress公司的软件开发包,USB接口协议,在Microsoft VS2005开发环境下设计了计算机采集程序。经测试,织物键盘定位值的线性拟合R2值为0.999 5,提供了一种完全基于织物的高精度、柔性键盘解决方案。