基于碳纤维复合材料的柔性复合式触觉传感器

分析了碳纤维复合材料的敏感特性,基于该种材料良好的压力/温度敏感特性,设计了一种具备压力和温度同时检测功能的新型柔性复合式触觉传感器。利用2种碳纤维复合材料各自具有的不同压力和温度敏感特性构建了求解压力和温度的数学模型,基于该模型设计并制作了柔性复合式触觉传感器。通过对传感器标定及实验结果的误差分析表明,该传感器设计解决了压力和温度同时检测时存在的交叉干扰问题,实现了传感器的复合式功能。     

柔性触觉传感器用温度敏感导电橡胶的电阻-温度模型

以通用有效介质理论为基础,得出柔性触觉传感器用温度敏感导电橡胶的电阻-温度计算模型。采用炭黑-硅橡胶导电复合体系(导电/炭黑橡胶)作为实验材料,对该模型进行了实验验证。结果表明,在填料分布均匀、体积分数接近渗流体积分数等边界条件下,电阻-温度计算模型与实验结果吻合,表现出一致的"电阻-正温度系数"(PTCR)变化规律。在温度场的作用下,基体的体积膨胀而导致炭黑浓度被稀释的过程对PTCR效应存在重要影响;基体的体积膨胀导致材料形状的改变对PTCR效应无显著影响。     

用于机器人关节的柔性压力触觉传感器设计

分析了碳纤维/硅橡胶导电复合材料的拉伸、弯曲及压敏特性,基于上述特性设计了一种新型的应用于机器人关节等活动部位的柔性压力触觉传感器。通过解耦算法解决了拉伸、弯曲引起的干扰问题,构建了求解接触压力的数学模型。实验结果表明,该柔性触觉传感器具有拉伸和弯曲性,并消除了拉伸和弯曲对接触压力的检测的干扰,可应用于机器人关节。     

用于检测三维力的柔性触觉传感器结构研究及有限元分析

基于力敏导电橡胶材料,设计了一种四电极对称结构的三维力柔性触觉传感器.利用有限元分析软件ANSYS,结合橡胶材料的Mooney-Rivlin本构模型,对传感器加载垂直力和剪切力进行有限元分析,得到传感器在三维力作用下的应力应变分布状态,并进行了实验验证,结果表明了传感器结构设计和数学模型构建的合理性.通过对传感器传力的触头材料和形状进行有限元分析,表明触头选择硬度相对较大的材料,制成长椭球状半径(a=1.5b),可以优化传感器的性能,为用于检测三维力的柔性触觉传感器的实际应用提供了依据.     

电阻式柔性触觉传感器的研究进展

电阻式柔性触觉传感器具有柔韧灵敏、简单可靠、检测范围广、易于集成化等特点,在触觉感知、人机交互、医疗健康等传感应用领域占据着极其重要的地位,具有广阔的应用前景。随着电阻式柔性触觉传感器的发展,其制备技术和结构设计愈加精密成熟,3D打印技术的应用以及各类微结构的设计使传感器柔韧性和灵敏性得到了极大的提高。然而,目前高性能电阻式柔性触觉传感器的制作工艺仍旧十分复杂,严重限制了其批量生产的能力。再加上电阻式柔性触觉传感器不能实现剪裁拼接、高效低耗等功能,因而无法满足人们对其大面积覆盖和高密度触觉感知的期望。此外,就性能而言,电阻式柔性触觉传感器也难以实现高柔与高敏的兼顾效果,在传感上仍有局限性。为了解决这些难点,众多国际学者在柔性衬底材料、导电敏感材料的选择,以及敏感单元、阵列结构的设计上进行了大量的研究,搭建电子皮肤触觉感知系统。如今,电阻式柔性触觉传感器已经朝着微型化、集成化、自愈合、自清洁、生物适应、生物降解、神经接口控制等方向发展,并在多功能传感上取得了卓越成果。本文首先介绍了电阻式柔性触觉传感器的检测原理和性能指标,然后从材料选择、结构设计和性能优化方面概述了电阻式柔性触觉传感器的...     

多功能阵列式触觉传感器的研究

介绍了一种以MEMS技术制作的可定量获取三维接触力信息的 4× 8阵列触觉传感器的结构与工艺 ,提出一种新颖的三维接触力信息的获取与处理方法 ,并给出了实现接触、分布压、接触总力、滑动状态等多种功能的实验结果和主要的技术指标。     

光纤式机器人触觉传感器静态特性的实验研究

介绍了一种光纤式机器人触觉传感器，分析了这种传感器的静态特性，并通过理论分析和实验研究提出了一种消除干扰的方法。实验结果证明，传感器的最大绝对误差为０．０５３ｋｇ，相对误差为０．６２％。     

电容式触觉传感器信号检测系统的设计

信号检测系统对电容式触觉传感器的分辨力、稳定性和信噪比都有重要影响.设计了一种基于PCap01电容数字转换芯片的电容式触觉传感器的信号检测系统,采用FPGA控制多路开关选通电容式触觉传感器的触觉单元并进行阵列式扫描,通过SPI通信读取PCap01的测量结果后通过USB通信将数据传输给上位机,在上位机中以三维柱状图和曲面图动态显示电容式触觉传感器表面的受力情况,系统的采样速率可达15帧/秒.实验结果表明,设计的信号检测系统可以满足电容式触觉传感器的需求,通过采集的数据可以获取电容式触觉传感器表面的受力信息.     

机器人主动式触觉的研究

报道了主动触觉实验系统的组成以及对目标的物理特性（刚性、回弹性、摩擦等）和表面形貌特征主动探测的结果，提出了重建表面特征三维触觉模型的方法。研制成作为系统核心部件的两种新型传感器─—指状六维力传感器和线阵式触觉传感器。前者样机性能指标：Ｆ＿ｘ，Ｆ＿ｙ：±３０Ｎ，Ｆ＿ｚ±５０Ｎ；Ｍ＿ｘ，Ｍ＿ｙ：±５０Ｎｃｍ，Ｍ＿ｚ：±６０Ｎｃｍ；精度：１％Ｆ．Ｓ．；耦合误差：２％Ｆ．Ｓ．；工作部尺寸Φ１０×３０ｍｍ。后者样机性能：一列１２个敏感元，间距１ｍｍ，灵敏度３Ｖ／ｍｍ。     

基于摩擦纳米发电机的多模式触觉传感器研究

触觉对于人类而言,是一种很容易分辨的感觉,但很难通过传感器的数据表征。本文基于摩擦纳米发电机,研制一个多模式触觉传感器。该传感器不仅可实现接触面积、接触位置、接触频率和滑动的检测,而且结构简单,只需一个数据通道就可实现多模式的触觉检测,在电子皮肤和软体机器人应用中,具有较大的潜力,能给予机器人更多元的感知能力。     

基于炭黑填充导电橡胶的压力/温度传感器非线性特性

通过研究电阻率和电阻几何系数对"负电阻-压力系数"(NPCR)和"正电阻-温度系数"(PTCR)的影响,分析了炭黑填充导电橡胶(导电炭黑/橡胶)的压力/温度传感器的非线性特性。结果表明: 导电炭黑/橡胶的NPCR和PTCR效应产生非线性的主要原因为电阻率的非线性变化; 当炭黑体积分数接近渗流体积分数时,其电阻率对体积的变化敏感程度高,此时,导电炭黑/橡胶的NPCR和PTCR效应的非线性特性较强; 由于导电炭黑/橡胶的体压缩系数大于其热膨胀系数,且导电炭黑/橡胶在压力场和温度场下的形变过程不同,导电炭黑/橡胶NPCR效应的非线性强于PTCR效应的非线性。     

用于微纳米几何量尺寸测量的三维微接触式测头

为实现微纳尺度器件三维几何形貌测量及表征,基于电容和压阻原理,开发了两种三维微接触式测头。其中电容测头测量范围4.5μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为10 nm和25 nm;压阻测头测量范围4.6μm,轴向分辨力和横向分辨力分别为5 nm和10 nm。两种测头均可集成到纳米测量机,实现微结构几何参数的测量。     

基于炭黑填充导电橡胶的力敏传感器的灵敏度

以通用有效介质理论为基础,给出了,炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏度计算方程.采用该方程并结合形变和压阻效应,分析了影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数.结果表明:炭黑体积分数是影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数.当炭黑体积分数在临界体积分数附近时,力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度为0.1～11.5 MPa-1,其敏感机制主要为压阻效应.当炭黑体积分数在渗流区时,灵敏度为0.2～3.6 MPa-1,其敏感机制还与接触压力的大小有关,压力较小时,主要为压阻效应;压力较大时,主要为应变效应.若炭黑体积分数在传导区,灵敏度为0.3～1.7 MPa-1,其敏感机制主要为应变效应.     

Transparent and flexible tactile sensors based on graphene films designed for smart panels

With the development of the human–computer interaction, smart panel requires more of lightweight and transparency. However, most smart panels have been developed based on bulky metal materials and integrated external circuits, which lack flexibility and transparency. Here we demonstrate an ultrathin and flexible tactile sensor based on few-layer graphene films (GFs). The optical transmittance of the sensor is up to 80% in the visible range, which provides optical transparency enough for an aesthetic view. The sensor is assembled through a very simple method consisted a polyethylene terephthalate substrate and two unconnected GFs. The as-assembled sensors can reflect one-dimensional (1D) touch position with a high sensitivity of 0.23 mm^?1. The tactile sensor can be used in the monitoring of finger touch, as well as in the detection of liquid temperature. The GFs-based tactile sensor was transferred on the glass substrate to form a smart window, which can warn of a rainy weather coming without sacrificing the window visual functionalities. In addition, a flexible smart panel has been assembled only connect two external circuits and succeed in reappearing the 2D touch path.     

基于炭黑填充导电橡胶的力敏传感器的灵敏度

以通用有效介质理论为基础, 给出了炭黑填充导电橡胶(炭黑/橡胶)的力敏传感器灵敏度计算方程。采用该方程并结合形变和压阻效应, 分析了影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数。结果表明: 炭黑体积分数是影响力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度的主要参数。当炭黑体积分数在临界体积分数附近时, 力敏导电炭黑/橡胶的灵敏度为0.1～11.5 MPa^-1, 其敏感机制主要为压阻效应。当炭黑体积分数在渗流区时, 灵敏度为0.2～3.6 MPa^-1, 其敏感机制还与接触压力的大小有关, 压力较小时, 主要为压阻效应; 压力较大时, 主要为应变效应。若炭黑体积分数在传导区, 灵敏度为0.3～1.7 MPa^-1, 其敏感机制主要为应变效应。     

柔性透明导电膜衬底材料的研究进展

综述了柔性透明导电膜材料的应用以及可用作柔性透明导电膜衬底材料的种类、存在的问题和可行的解决方法。介绍了柔性透明导电膜材料的优点、应用和国内外研究现状。重点介绍了可用作柔性透明导电膜衬底的聚合物材料—聚酰亚胺和聚酯,分析了各自的特点。通过分析柔性衬底存在的不足,寻求可行的解决方法,使柔性衬底可以更好地满足导电膜对衬底材料的要求,为柔性衬底材料的设计提供依据。     

Deposition of conductive materials on textile and polymeric flexible substrates

This paper describes the study, analysis and selection of textile and similar materials to be used as flexible substrates for thin conductive film deposition, in the context of integrating electronics into textiles. Kapton^® polyimide was chosen as reference substrate material, was characterized regarding mechanical and electrical properties and was used as a basis for a comparison with several textile substrates. Samples were fabricated using physical vapour deposition (thermal evaporation) to deposit a thin layer of aluminium on top of Kapton and textile substrates. The measurement of electrical resistance of the thin aluminum films was carried out using the Kelvin method. To characterize the mechanical behaviour of the substrate and aluminum film, several mechanical tests were performed and results were compared between Kapton and these textile materials. The chemical composition of the textile substrates and aluminum films as well as the continuity of the films was characterized. This selection process identified the material that was closer to the behaviour of polyimide, a flexible, but non-elastic woven textile coated on both sides with PVC.     

纳米Ag链的制备及其在聚氨酯基柔性导电复合材料中的应用

针对柔性聚合物基导电复合材料的导电性差和柔性差这2个关键问题,分别从导电填料的柔性化及降低填料含量2方面着手,以脱氧核糖核酸（DNA）大分子链作为模板,制备了大小均一、链状排列的柔性纳米Ag链及纳米Ag链填充的聚氨酯基柔性导电复合材料。利用SEM对纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料的界面结构进行了表征,探讨了纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料导电性及柔性的机制。研究发现:保持导电填料总质量分数为76%、纳米Ag链的质量分数为4%时,纳米Ag链/Ag包Cu粉/聚氨酯导电复合材料的电阻率及形变前后的电阻变化比值达到最佳值,分别为2.13×10-4 Ω·cm和3.6;当以纳米Ag链为单一填料时,制得的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料具有优异的柔性;泡沫法制备的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料可以在低填料质量分数时达到更高的导电性,当纳米Ag链质量分数为60%时,方阻为56 Ω/sq,低于共混法制备的填料质量分数为65%时的纳米Ag链/聚氨酯导电复合材料（98 Ω/sq）。      

Graphene-based flexible NO2 chemical sensors

We demonstrated graphene-based flexible NO₂ chemical sensors on polyethylene terephthalate substrate where graphene was grown on Cu-foil by chemical vapor deposition technique. Introduction of NO₂ molecules to graphene caused a rapid increase in the currents due to the charge transfer between NO₂ molecules and graphene under both relaxed and strained conditions. However, the recovery was delayed due to slow desorption of NO₂ molecules from defective sites in graphene. Also, strain in graphene increased the resistance of graphene layer where the change in conductance was reversible. Our graphene-based NO₂ chemical sensors showed a great sensitivity and reproducibility under both strained and relaxed conditions.