PVA/纳米纤维素/碳纳米管柔性微结构传感器的制备及其性能研究
近年来，随着可穿戴技术的蓬勃发展，可穿戴设备在医疗保健和人机交互领域中展现出了巨大的应用潜力。作为可穿戴设备的核心组件，高性能柔性压力传感器是该领域的研究重点。相比于传统的柔性传感器，微结构传感器具有更高的灵敏度、更快的响应速度和更低的检测限。研究人员发现，通过构建微结构，可以极大地提高传感器的各项性能。然而，目前常用的微结构制备方法，如以硅模具、天然叶片等为模板和通过预拉伸制备微结构的方法都存在各自的弊端，难以在低成本的条件下，可控地制备完整无裂痕的微结构。本论文通过聚乙烯醇/纳米纤维素/碳纳米管制备了具有高柔韧性的复合薄膜，结合预拉伸的方法，以低成本的方式制备了形貌可控且完整无裂痕的微结构，后将其组装为柔性传感器，并对传感器各项性能和实际应用进行测试。 首先，利用纳米纤维素对碳纳米管良好的分散作用，制备了分散均匀的聚乙烯醇/纳米纤维素/碳纳米管混合液，并通过溶液浇铸法在聚二甲基硅氧烷基底上制备了聚乙烯醇/纳米纤维素/碳纳米管复合薄膜，该复合薄膜具有良好的导电性能和耐弯曲性能，其电导率为1.69S/cm，并且在100次弯曲试验后，该复合薄膜的方阻仅上升了29.8%，仍然保持稳定的电学性能。 通过预拉伸的方法，在PDMS基底上制备了无裂痕的褶皱状微结构，并将其组装成传感器，同时对其各项性能进行了表征。结果表明，该传感器具有67.59kPa-1的高灵敏度和低至5Pa的检测下限，并且在2000次压缩循环后仍然能保持稳定的传感性能。此外，应用实验的结果证明了该传感器在实际场景中同样具有良好的传感效果，可以准确地检测面部肌肉运动、声音震动、指关节弯曲以及脉搏等生理信号。 利用有限元仿真的方法，分析了传感器受到压力载荷时内部微结构的变形情况和接触面积变化，证实了微结构在提升传感器性能方面起到了关键作用。
柔性微结构传感器;制备工艺;聚乙烯醇;纳米纤维素;碳纳米管;性能表征
华南理工大学
硕士
轻工技术与工程
王钦雯;陈德苍
2022
中文
TP212;TP205
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）