基于新型导电层结构的柔性应变传感器制备与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hermitjin
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由于人类渴望电子设备与人体紧密贴合从而达到信号便捷交换的目的。因此,作为柔性电子设备的核心部件,柔性应变传感器得到迅速发展。柔性应变传感器的研究已经从初期导电粒子与柔性基体简单的物理混合发展到目前对其结构进行设计。柔性基体-导电层-柔性基体这一典型的三明治结构由于对导电层具有良好的保护作用从而受到研究人员广泛关注。但是,三明治结构中导电粒子的团聚与导电网络易受到破坏无法修复以及导电层与包覆层相容性差严重影响传感器性能提升。因此,本课题通过向传统导电层中引入静电纺丝膜来解决上述问题。
  本实验通过多元醇还原法制备具有一定长径比银纳米线(AgNWs)作为导电粒子。选取聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PDMS/PVDF)作为实验原料制备静电纺丝膜。通过抽滤过程使AgNWs均匀分布在静电纺丝膜表面,得到新型结构导电层。将制备好的导电层外接导线后双面包覆PDMS制备基于新型导电层结构的柔性应变传感器。此外,向静电纺丝膜表面抽滤不同质量AgNWs制备系列新型结构导电层,探究导电粒子含量对柔性应变传感器性能影响。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对AgNWs、PDMS/PVDF静电纺丝膜、新型导电层结构、自制柔性应变传感器断面进行表征,采用自制装置对柔性应变传感器相关性能进行测试分析。
  研究结果显示:本实验成功制备出长约25~30μm、直径大约为80nm、长径比平均超过300且纯度较高的AgNWs。PDMS/PVDF静电纺丝膜纤维丝直径约1μm,且具有一定弹性。AgNWs均匀分布在静电纺丝膜表面且贴合紧密,相互搭接构成导电网络。基于新型导电层结构柔性应变传感器的性能有较大提升,减小滞后现象的同时增加传感器灵敏度以及可重复性。新型结构导电层中AgNWs的质量对自制柔性应变传感器灵敏度有较大影响。随着导电层中导电粒子质量增加,柔性应变传感器灵敏度先增加后减小。在应变ε=10%,AgNWs质量0.020g时,自制柔性应变传感器灵敏度达到最大值GF=654.01。经过为期一个月拉伸-回复循环测试,柔性应变传感器电阻值比初始电阻值仅增加约0.71%。本课题所制备基于新型导电层结构柔性应变传感器具有良好的综合实用性。
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