论文部分内容阅读
电子皮肤（E-skin）因其在可穿戴健康监测，智能假肢，机器人皮肤等方面的潜在应用引起了广泛的关注。柔性压阻传感器可以感知外界环境的刺激，将压力转换为电信号或其他信号输出，是电子皮肤最重要的组成部分。但大多数的柔性传感器都不具备透湿的功能，因此创建高度敏感且透湿的柔性传感器仍然是电子皮肤发展的关键挑战。
本课题提出了一种简单有效的方法来制备柔性压阻传感器。采用非溶剂致相分离法（NIPS），以蒸馏水为非溶剂，来制备聚氨酯多孔膜。通过超声的方式将导电材料碳纳米管附着在多孔聚氨酯上，形成均匀的导电网络。然后，将碳纳米管聚氨酯（PU@CNT）多孔膜和单面电极组装成柔性压阻传感器。研究了不同浓度聚氨酯(10%,12%,15%,18%)成膜的结构对聚氨酯多孔膜的透湿性能和力学性能以及压阻性能的影响。
不同聚氨酯浓度的多孔聚氨酯膜具有不同的结构，多孔膜会随着聚氨酯浓度的增加从大孔不规则结构转变为小孔规则结构。通过微计算机断层扫描（micro-CT）建立的多孔膜的三维结构表明，多孔结构在膜的内部形成通道，使膜具有透湿透气的性能。且四种浓度的多孔膜的孔隙率分别为64.25%、58.03%、52.4%和40.27%。在32℃和50RH％的温度和湿度条件下，10%-PU@CNT的透气率和透湿率高达6.433L/m2/s和2059g m-2d-1，分别是无孔聚氨酯薄膜的8.68倍和8.01倍。且实验结果证明透湿性能并不会影响传感器的压阻响应。基于PU@CNT膜的多孔结构，PU浓度为12％的PU@CNT传感器在0.7-3kPa压力下的灵敏度最高可达到51.53kPa-1。随着多孔膜的孔洞结构的变化，18%-PU@CNT比10%-PU@CNT传感器的迟滞性误差优化了67.8%，且具有高稳定性（＞8000次循环）和宽感应范围（0-16kPa）。
为了验证所制备的柔性压阻传感器实用性，将传感器应用于检测人体生理信号，人体运动和空间分辨压力等方面。
本课题提出了一种简单有效的方法来制备柔性压阻传感器。采用非溶剂致相分离法（NIPS），以蒸馏水为非溶剂，来制备聚氨酯多孔膜。通过超声的方式将导电材料碳纳米管附着在多孔聚氨酯上，形成均匀的导电网络。然后，将碳纳米管聚氨酯（PU@CNT）多孔膜和单面电极组装成柔性压阻传感器。研究了不同浓度聚氨酯(10%,12%,15%,18%)成膜的结构对聚氨酯多孔膜的透湿性能和力学性能以及压阻性能的影响。
不同聚氨酯浓度的多孔聚氨酯膜具有不同的结构，多孔膜会随着聚氨酯浓度的增加从大孔不规则结构转变为小孔规则结构。通过微计算机断层扫描（micro-CT）建立的多孔膜的三维结构表明，多孔结构在膜的内部形成通道，使膜具有透湿透气的性能。且四种浓度的多孔膜的孔隙率分别为64.25%、58.03%、52.4%和40.27%。在32℃和50RH％的温度和湿度条件下，10%-PU@CNT的透气率和透湿率高达6.433L/m2/s和2059g m-2d-1，分别是无孔聚氨酯薄膜的8.68倍和8.01倍。且实验结果证明透湿性能并不会影响传感器的压阻响应。基于PU@CNT膜的多孔结构，PU浓度为12％的PU@CNT传感器在0.7-3kPa压力下的灵敏度最高可达到51.53kPa-1。随着多孔膜的孔洞结构的变化，18%-PU@CNT比10%-PU@CNT传感器的迟滞性误差优化了67.8%，且具有高稳定性（＞8000次循环）和宽感应范围（0-16kPa）。
为了验证所制备的柔性压阻传感器实用性，将传感器应用于检测人体生理信号，人体运动和空间分辨压力等方面。