基于CNTs/PDMS介电层的柔性压力传感特性研究

提出一种基于MEMS工艺的柔性压力传感器制备方法.采用MEMS工艺制备柔性压力传感器模板,结合纳米压印技术、射频磁控溅射技术和PDMS软光刻工艺在PDMS柔性基底上制备了具有"V"型阵列微结构的Ag薄膜平行板电极,基于碳纳米管(CNTs)/PDMS聚合物的压电容特性,制备出电容式柔性压力传感器.针对不同尺寸的压力传感器进行对比测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到3.98% kPa-1,具有良好的重复性,在智能穿戴和电子皮肤等方面有着广阔的应用前景.     

面向人体运动检测的纸基柔性压力阵列传感器

针对制备同时具有高灵敏度和大工作范围的柔性压力阵列传感器的挑战,以无尘纸作为基底,采用石墨烯—碳纳米管导电涂料和聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行混合作为涂层,利用PDMS的粘性与涂料的导电性进行电气连接,使用激光切割进行阵列设计,高灵敏度(3.29 kPa~(-1))、大工作范围(0～45 kPa)的压力阵列传感器研制成功,同时纸基材料不易连接的问题也得到了解决。该传感器不仅可以用于检测大幅度的肢体运动,还可以用于探测细微的人体动作。由于该传感器具有柔软、灵敏度高、制造工艺简便、成本低、电气连接简便等优点,显示了其在可穿戴传感器领域和智能机器人触觉领域的应用潜力。     

基于 ＧＮＰｓ/ ＰＤＭＳ 复合薄膜的柔性压阻传感器制备及性能研究

目前柔性压力传感器已被用于众多领域,其中压阻薄膜是柔性压力传感器的核心。本文将石墨烯纳米片（GNPs）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合,通过倒模的方法制备压阻薄膜,经测试,GNPs浓度为8%时,材料具有较好的性能。以此为基础,制备了压敏结构间距为1.2 mm,直径大小为1.0 mm的GNPs/PDMS基压阻传感器,经测试,所制备的传感器加载响应为340 ms,卸载响应速度为260 ms,并具有较好的稳定性,同时,基于该压阻式柔性压力传感器实现了人体手腕关节处压力信号的测试。     

柔性温度压力仿生皮肤的模块化设计与实现

为实现电子仿生皮肤的模块化设计,以石墨烯纳米片制备薄膜温敏传感器,同时,以炭黑/硅橡胶复合材料为弹性电介质、有机硅导电银胶为柔性上极板设计电容式力敏传感器,在此基础上,以聚酰亚胺为柔性基体,提出一种可用作智能机器人仿生皮肤的全柔性温度/压力触觉传感器,并设计成具有可拼接特点的模块化阵列结构.介绍柔性温度/压力触觉传感器的结构设计、检测机理以及信号采集与处理系统.通过温度、压力及温度/压力复合感知实验表明,该柔性温度/压力复合式触觉传感阵列及信号提取系统可实现触觉感知功能,为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案.     

银纳米线柔性压阻式触觉传感器的研究

触觉传感器是智能机器人感知外界环境和与人交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到更广泛的应用。本文介绍了一种制造工艺简单、成本低廉的柔性触觉传感器。根据电阻的变化,可以检测温度和接触压力。设计了一种由PDMS膜、纸基银纳米线和PDMS膜组成的三明治结构。制备纸基银纳米线阵列,并在阵列末端用导电银膏引出铜线。整个传感器的尺寸为3cmx3cm。在实验过程中,测量了施加压力和改变表面温度时阵列交点处的电阻。结果表明,该传感器的压力检测灵敏度为2.8?/N,温度检测灵敏度为0.18?/oC。该传感器的结构和制备工艺简单可行,在机器人电子皮肤中具有广阔的应用前景。     

Pt石墨烯-碳纳米管修饰玻碳电极对甲醛的电催化氧化

该文首先制备了石墨烯-碳纳米管复合材料,然后通过水热法将Pt纳米粒子修饰于该复合材料表面,制成了Pt／石墨烯（Graphene,Gr）-碳纳米管（Carbonnanotubes,CNTs）／玻碳电极（Glassycarbonelectrode,GCE）传感器。在磷酸盐缓冲溶液（pH=2．3）中利用循环伏安法研究了甲醛在Pt／Gr—CNTs／GCE上的电化学行为。实验结果表明,Pt／Gr-CNTs对甲醛具有良好的电催化氧化作用。     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

基于PDMS海绵介质层的电容式柔性压力传感器

柔性压力传感器以其低成本和大的检测范围等优势广泛的应用于电子皮肤和可穿戴传感器领域。本文通过在PDMS中填充碳酸氢铵材料,制备了大面积高密度具有微观结构的PDMS海绵介质层,通过简易的方法完成了柔性压力传感器的制备。与以往的柔性压力传感器相比,制备的PDMS海绵介质层由于气孔的存在更容易在受到压力时发生形变,拥有高的灵敏度(0.23 kPa^-1)、大的检测范围(0～50 kPa)、稳定的重复性(>1 000循环)以及快的响应时间(<150 ms)。通过对不同厚度、不同大小的PDMS海绵介质层进行测试,利用厚度为1.5 mm,大小为8 mm×8 mm的PDMS海绵作为压力传感器的介质层实现了力的实时检测。     

可印刷柔性应变传感器的制作及其对 人体运动行为监测研究

该文主要研究了导电浆料 PS@Ag/PDMS 的流变特性与印刷性,以聚苯乙烯微球表面镀 银(PS@Ag)的核壳结构粒子为导电填料,与聚二甲基硅氧烷(PDMS)预聚物及其固化剂复合配制 PS@Ag/PDMS 导电浆料,采用丝网印刷技术与旋涂工艺制备得到 PDMS-PS@Ag/PDMS-PDMS 三明治结构柔性应变传感器。柔性应变传感器在人体运动行为中的实时监测结果显示,该传感器在手肘关节与膝盖关节的弯曲——伸展循环运动中的相对电阻变化率分别高达约 0.75 0.50,展现出较高的可拉伸柔性、灵敏度及一致性,在人体运动行为监测中具有广阔的应用前景。     

导电橡胶力敏传感器研究进展

介绍了导电橡胶力敏传感器的应用前景,分析了导电橡胶传感器的基本特性。通过对该传感器敏感单元制备过程的研究,指出了影响复合材料导电性能的主要因素包括填料类型、填充量、基体材料性能以及制备工艺等。通过对导电橡胶传感器压阻特性的研究,阐述了导电橡胶复合材料的导电机理。描述了该传感器的结构设计从检测简单的单向压力到检测三维力的发展过程。表述了制约导电橡胶力敏传感器的发展中的主要因素,并对未来研究方向提出了展望。     

基于碳纳米管微传感器阵列和随机共振的气体检测方法研究

提出了一种基于多壁碳纳米管微传感器阵列和非线性随机共振算法的新型气体检测方法。微传感器阵列包括碳纳米管阳极传感器和碳纳米管阴极传感器以减小检测系统的交叉灵敏度。实验检测了乙醇、丙酮和氨气三种气体,传感器阵列响应输入随机共振系统进行处理,结果表明,信噪比曲线参数能够标定气体浓度和种类,且随机共振处理方法可以有效的降低系统的交叉灵敏度,检测系统具有较好的灵敏度和重复性,具有较好的实用价值。     

基于EIT技术的柔性触觉传感器的设计

随着机器人技术的日益发展,柔性传感器在机器人皮肤上的应用也得到了新的发展。本文提出并研究了一种基于导电聚合物压敏电阻效应的柔性触觉传感器的设计,使用由聚二甲基硅氧烷PDMS（Poly Di Methyl Siloxane）和多壁碳纳米管（MWCNTs）混合而成的导电橡胶作为传感器主体,运用EIT（Electrical Impedance Tomography）技术,设计并制作了本系统的硬件电路,并用其检测、传输导电橡胶的边缘电势数据。最后在计算机中应用工具包EIDORS进行有限元模型和图像重构技术,有效且直观的将导电橡胶上的受力位置表现出来。实验对1~3个目标分别进行了成像,证明了本设计的可行性。     

基于BTO／CNTs复合压电薄膜制备

介绍了一种新型的钛酸钡／碳纳米管（BTO／CNTs）压电薄膜的制备方法及其特性研究,利用BTO纳米颗粒、CNTs和聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为原材料,采用改进的sol—gel法制备出厚度均匀的复合薄膜,使用油浴极化法在一定条件下对复合薄膜极化。并利用SEM表征制备复合薄膜的掺杂效果,发现CNTs的加入加快了电子的转移速率。在周期性的外力作用下,发现其电压输出波形符合阻尼振荡模型,并测试不同配比下复合薄膜的压电电压输出,得出最佳BTO／CNTs质量比为10：l时,薄膜的输出电压最高可达4V。     

基于导电橡胶的柔性压力/温度复合感知系统

以石墨烯/炭黑/硅橡胶复合材料作为压力和温度敏感材料,聚酰亚胺作为柔性基底,设计了一种应用于智能机器人皮肤可大面积成型的柔性压力/温度复合感知系统。同时,采用微处理器Mega128和LabVIEW分别搭建了柔性压力/温度复合感知系统的信号采集电路与人机交互界面,对压力与温度数据进行分析、处理和显示。结果表明：采用石墨烯/炭黑/硅橡胶复合材料同时作为压力和温度敏感材料,既能简化敏感单元的制作工艺,又有助于传感器阵列的大面积成型。利用该压力/温度复合感知系统可以同时测量压力和温度,进一步提升机器人皮肤的智能度。     

一种柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法

介绍了一种可安装在曲面上,对三维力进行检测的柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法.首先采用MEMS技术制备三维力触觉传感器阵列,再将多个三维力触觉传感器单元分别通过倒装焊技术集成在已加工好的柔性电路板基底上,实现了传感器与信号处理电路的互连和传感器阵列(4×4)的柔性化.采用信号选通的多路信号采集方法简化了传感器阵列的信号处理电路.测试结果表明,柔性触觉传感器阵列可弯曲变形90°以上,检测三维力的分辨率达到0.1 N.     

Vapor sensing properties of thermoplastic polyurethane multifilament covered with carbon nanotube networks

The volatile organic compound (VOC) vapor sensing properties of a novel kind of thermoplastic polyurethane multifilament - carbon nanotubes (TPU-CNTs) composites is studied. And the sensing is based on changes in the electrical resistance of the composites due to vapor contact. The composites were readily obtained by adhering CNTs on the surface layer of TPU by means of simply immersing pure TPU multifilament into CNT dispersion. The uniformly formed nanotube networks on the outer layer of composite multifilament are favorable for providing efficient conductive pathways. The resulting TPU-CNTs composites show good reproducibility and fast response (within seconds) of electrical resistance change in cyclic exposure to diluted VOC and pure dry air. The vapor sensing behaviors of the composites are related to CNT content, vapor concentration, and polar solubility parameters of the target vapors. A relatively low vapor concentration of 0.5% is detectable, and a maximum relative resistance change of 900% is obtained for the composite with 0.8 wt.% CNT loading when sensing 7.0% chloroform. It is proposed that both the disconnection of CNT networks caused by swelling effects of the TPU matrix and the adsorption of VOC molecules on the CNTs are responsible for the vapor sensing behavior of TPU-CNTs composite, while the former effect plays the major role.     

Suspension‐deposited carbon‐nanotube networks for flexible active‐matrix displays

Abstract— The unique properties of carbon nanotubes (CNTs) promise innovative solutions for a variety of display applications. The CNTs can be deposited from suspension. These simple and low‐cost techniques will replace time‐consuming and costly vacuum processes and can be applied to large‐area glass and flexible substrates. Single‐walled carbon nanotubes (SWNTs) have been used as conducting and transparent layers, replacing the brittle ITO, and as the semiconducting layer in thin‐film transistors (TFTs). There is no need for alignment because a CNT network is used instead of single CNTs. Both processes can be applied to glass and to flexible plastic substrates. The transparent and conductive nanotube layers can be produced with a sheet resistance of 400 Ω/□ at 80% transmittance. Such layers have been used to produce directly addressed liquid‐crystal displays and organic light‐emitting diodes (OLED). The CNT‐TFTs reach on/off ratios of more than 10⁵ and effective charge‐carrier mobilities of 1 cm²/V‐sec and above.