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可穿戴式柔性应变传感器逐步被投入至消费产品领域、医疗健康领域、工业和军事等领域。因为可不断与电子医疗、人工智能、生物芯片、大健康、云数据等战略性新兴产业进行融合创新,未来的可穿戴式柔性应变传感器将更具挑战性和发展前景。为实现其多领域的应用,可穿戴式柔性应变传感器不仅仅需要攻克柔性器件本身的传感性能(超灵敏、宽应变传感范围)的升级突破技术难题,更需亟待解决在复杂运行环境下能够抗液体干扰而稳定传感运行的问题。复杂的环境(如水、酸、碱、盐、微生物等)会干扰柔性应变传感器,导致其电导率的不稳定性,从而影响柔性应变传感器的稳定性和缩短其使用寿命。例如:细菌若黏附在传感器表面将产生微生物腐蚀破坏导电层,水分子或其它分子渗入导电层中不仅影响其电学性能且产生污损。避免液体干扰的传统技术是利用聚合物封装传感器,但存在传感性能下降和封装工艺复杂等问题。为此,提出非封装直接在可穿戴式柔性电子应变传感器表面构筑Cassie-Baxter润湿状态实现抗液体干扰传感研究策略并揭示其内在机制,具有重要的研究意义。本文提出了抗液体干扰的可穿戴式柔性应变传感器的设计策略。通过对Wenzel润湿状态的MWCNT/G-PDMS可穿戴式传感器的电学性能和润湿性能的系统研究,探索液体影响拉伸应变传感机理。结合理论分析,设计了一种Cassie-Baxter润湿状态抗液体干扰和细菌黏附的超灵敏、高拉伸F/Ag/MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性传感器(FAMG)。该传感器采用三明治结构,底层为超弹性聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性基底,中间层为Layer-By-Layer式碳纳米管/石墨烯(MWCNT/G)导电层和(氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)键合层,外层为修饰的银纳米粒子和氟化层。从微纳结构设计、表面润湿理论和传感机制等方面阐明了其获得抗液体干扰和抗细菌黏附的关键技术理论,并揭示了新型多级结构的超灵敏宽拉伸范围的内在传感机制。论文的主要研究内容如下:(1)研究构建Wenzel润湿状态的MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性应变传感器。通过分析液滴/油滴/细菌液滴滴落在MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性应变传感器表面的润湿状态和黏附状态探究液体对拉伸应变传感性能的影响性规律,综合传感器的自清洁性、疏水性、抗细菌黏附性和水下疏油性能,提出液体干扰应变传感的机理模型。结果表明,基于Wenzel润湿状态的MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性应变传感器的导电层为厚度在5μm左右的微平面结构,MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性应变传感器表面易黏液滴、油滴和细菌液滴。因MWCNT/G-PDMS可穿戴式柔性应变传感器不具有自清洁性能、疏水性能、抗细菌黏附性能和水下疏油性能,不能免疫大部分液体(绿茶、红茶、橙汁、可乐、牛奶和酸性溶液(pH=1)、碱性溶液(pH=10)、盐溶液(0.4mol/L)和细菌溶液(10~4CFU/mL))对其传感应变性能的干扰。且因液体/液体中其他杂质的干扰和渗入,导电通路发生变化,导致Wenzel润湿状态的MWCNT/G-PDMS柔性应变传感器的拉伸传感性能严重下降。(2)在液体干扰电学性能模型分析基础上,提出了基于Cassie-Baxter态抗液体干扰和抗细菌黏附的超灵敏高拉伸FAMG可穿戴柔性应变传感器。通过结构形貌分析,该传感器具有厚度在5-10μm的褶皱态的多级微纳结构导电层,且导电材料分布均匀,结构稳定。通过分析液滴/油滴/细菌液滴在传感器表面的润湿状态和黏附状态探究抗液体干扰关联性,结果表明,该传感器因具有自清洁性、疏水性、抗细菌黏附性和水下疏油性而具有优异的抗液体干扰性。因液滴、油滴和细菌液滴等不易黏附在传感器表面,从而避免其电学性能受到液体(绿茶、红茶、橙汁、可乐、牛奶和酸性溶液(pH=1)、碱性溶液(pH=10)、盐溶液(0.4mol/L)和细菌溶液(10~4CFU/mL))的影响,保证了其电学性能的稳定性。该传感器具有灵敏度2059,拉伸范围0.1-170%,最小测试值0.1%,响应和恢复时间150ms,拉伸循环1000次后电阻依旧稳定的电学性能。同时在复杂环境下可对人体全范围动作进行精准同步监测。在模拟的人工降雨环境下,FAMG可无视液体影响对电子鸟进行精准监控测量。也能忽视细菌液的影响,在人体测试中(脉搏、手腕、手肘、膝盖),对人体动作部位进行多方位、全面的监测。这很好的表明了FAMG的抗液体干扰和细菌黏附性,以及优异的电化学性能。(3)研究揭示了抗液体干扰传感性能的内在机制。通过FAMG可穿戴式柔性应变传感器的结构形貌和表面润湿性分析,揭示了多级结构的Cassie-Baxter润湿态表面是抗液体干扰的关键技术理论基础。通过研究传感器表面的油、水润湿状态以及细菌液滴和细菌的黏附状态,揭示了超疏水和水下疏油润湿特性是抗细菌黏附的内在机制。(4)研究了多级分层结构的超灵敏高拉伸FAMG可穿戴柔性应变传感器的内在传感机制。通过3D形貌和电学性能分析,揭示了MWCNT/G导电层的裂纹扩展效应和APTES/MWCNT/G中间隔离层的终端裂纹扩展效应是产生超灵敏的内在机制,MWCNTs的桥接效应和APTES/MWCNT/G中间隔离层的滑移效应是宽拉伸范围的主要内因。