电阻式PUA/Ag柔性传感器的微电子打印工艺及其性能研究
柔性传感器在细微/振动力检测、人体运动/健康监测、可穿戴电子皮肤、人机交互界面、智能软体机器人等领域是一个有影响力的新兴研究热点，具有广阔的应用前景。尽管各种传感器已经被开发出来以满足这日益增长的需求，但是成本低廉、快速高效的制备出具有高的灵敏度和优越的稳定性的柔性传感器仍然是一个巨大的挑战。微电子打印是直接将导电油墨沉积到具有可拉伸性的基底材料上的技术。由于微电子打印的图案是数字生成的，可以动态更改，这使得微电子打印技术成为制备柔性传感器的一个很好的选择。本文使用微电子打印的方法，将金属银沉积在平面或具有表面微结构的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)基底材料上，形成柔性电极。柔性平面电极用于制备PUA/Ag单层应变传感器，平面电极与具有微结构的电极结合用于制备PUA/Ag双层压力传感器。 主要研究内容: (1)微电子打印工艺及热处理工艺的研究与柔性传感器的制备。利用紫外光固化技术制备PUA基底材料，再利用微电子打印技术在PUA基底上打印银电极，研究微电子打印过程中喷头温度、基板温度、墨滴间距等工艺参数对墨滴连接状态的影响及热处理温度和热处理时间等后处理工艺对电极材料导电性的影响。在此基础上，利用PDMS薄膜将微电子打印得到的PUA/Ag电极材料进行封装，制备PUA/Ag单层应变传感器。在PUA基底上引入表面微结构，用微电子打印技术制备具有微结构的PUA/Ag电极材料。通过PDMS封装，制备PUA/Ag双层压力传感器。 (2)柔性传感器性能测试平台的建立。针对于传统的测量仪器很难满足高精度采集的问题，利用虚拟仪器技术搭建柔性传感器性能测试平台。利用数据采集卡和其相连的电路作为硬件系统，利用Labview编程构建上位机界面显示功能与底层逻辑框图采集与保存功能作为软件系统，搭建基于数据采集卡与Labview结合的柔性传感器性能测试平台。 (3)PUA/Ag单层应变传感器的性能及应用研究。研究PUA/Ag单层应变传感器的灵敏度、迟滞性、重复性、响应时间等传感性能，并利用PUA/Ag单层应变传感器测试不同状态下的人体脉搏信号，包括正常状态;剧烈运动后;饥饿状态和餐后，证明PUA/Ag单层应变传感器在健康监测和医学诊断等方面具有一定的应用价值。 (4)PUA/Ag双层压力传感器的性能及应用研究。研究微结构尺寸对PUA/Ag双层压力传感器灵敏度和线性度等传感性能的影响，并将该传感器应用于测试多个实际生活场景，包括佩戴在口罩上，监测人的呼吸状态;紧贴在喉部，监测喉咙震动辨别话语;紧贴在手机上，实时监测手机振动状态，证明PUA/Ag双层压力传感器对微小压力具有灵敏的响应能力。
柔性传感器;聚氨酯丙烯酸酯;金属银;微电子打印;灵敏度
北京化工大学
硕士
机械工程
郑秀婷;杨振洲
2021
中文
TP212;TP205
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）