【摘 要】
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目前,柔性传感器作为在人机交互以及信息采集处理必不可少的智能终端,在电子皮肤、智能制造、体征监测以及物联网等领域起着十分重要的作用。柔性压力传感器依据传感器机理可
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目前,柔性传感器作为在人机交互以及信息采集处理必不可少的智能终端,在电子皮肤、智能制造、体征监测以及物联网等领域起着十分重要的作用。柔性压力传感器依据传感器机理可以分为电容型、压电型、摩擦型和压阻型。其中,压阻型柔性传感器具有结构简单、信号易采集以及制备容易等优势而受到研究人员的广泛关注。目前,柔性压力传感器存在着灵敏度较低,测量范围过窄以及稳定性较差等问题。因此,如何选用并设计传感器敏感材料以及结构解决上述问题是目前柔性传感器领域的一个迫切需求。为了解决上述问题,本文成功的研制出大量程和超灵敏的纸基碳纳米管薄膜/叉指结构电极的柔性压力传感器。通过添加表面活性材料以及使用超声波分散的方法制备出均匀的碳纳米管分散液。同时,本文表征并分析了所制备的纸基碳纳米管薄膜具有优异电子传输能力且碳纳米管在纸纤维上分布紧密均匀。为了提升基于纸基碳纳米管薄膜的柔性压力传感器的性能,本文采用光刻技术制备出叉指结构的电极以增加该柔性压力传感器导电路径。该传感器的工作机理是在进行大压力测试时,该柔性压力传感器的薄膜材料内部之间导电路径的变化在传感器电阻改变中起主导作用;在测量小压力时,该柔性压力传感器的薄膜与叉指电极之间导电路径的变化引起该传感器电阻改变。综上所述,纸基碳纳米管薄膜内部导电路径以及纸基碳纳米管薄膜与叉指电极形成的导电路径的协同作用赋予了该传感器高灵敏度、大量程以及好的稳定性。在对纸基碳纳米管薄膜/叉指结构电极的柔性压力传感器进行电学性能测试后,得到该传感器具有高的灵敏度达(2.72 kPa-1),其压力测试量程高达140 kPa,响应时间约为66 ms。该传感器在压力循环加载15000次后仍能保持良好的传感性能,显示出了该传感器优异的稳定性。在应用探索中,该传感器表现出了极低的压力检出限约为8 Pa。同时,该柔性压力传感器不仅可以测量人体脉搏、声音以及手腕运动等信号,还可以制备成传感器阵列识别空间压力的大小和分布情况,验证了该传感器在体征监测、智能制造以及人机交互界面等领域中运用的可行性。
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