超薄拉力传感器件的制备及系统应用的研究

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拉力传感器是一种将物理形变转变为可测量的电信号输出的装置。传统拉力传感器常用于基建设施,对于穿戴式应用过于庞大,不够灵敏。随着物联网时代到来,可穿戴设备兴起,轻便透明、易于集成、与人体直接交互这些特性是新型拉力传感器研究的主要方向。考虑这些目标要求,该论文设计了一种基于超薄弹性聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)拉力传感器。该传感器采用全溶液法工艺完成,通过在形成的超薄PDMS(厚度约20μm)膜上集成银纳米线(AgNWs)和中性PEDOT:PSS混合的透明导电层,实现高灵敏度的拉力传感功能。为了实现如此薄的PDMS薄膜从基底的可靠剥离,本论文通过在玻璃基底上修饰氟基正辛基三氯硅烷(1H,1H,2H,2H-per-FluoroOctylTrichloroSilane,FOTS),以降低PDMS和基底间的作用力,从而减小剥离过程中薄膜所承受的应力。对比常规方法制备的厚膜(~800μm)PDMS拉力传感器,本论文所制备的超薄PDMS膜传感器的拉力灵敏度提高了20倍,而且具有优良的透明度(~80%),以及快速的响应和良好的稳定性,非常符合人体穿戴应用的需求。作为应用示例,进一步基于此超薄拉力传感器实现了应用于颈部姿势监控的可穿戴传感系统。该系统将超薄传感器贴合于后脖颈处感应弯曲程度,通过所设计的信号读取控制系统读取传感器获得的数据,并利用蓝牙通信发送至用户手机进行信号的处理和显示。该系统利用超薄拉力传感器具有良好的穿戴舒适度,能够准确的检测颈椎的弯曲程度和持续的时间,提醒修正不健康的颈部姿态,防止长时间不恰当姿态导致的颈椎问题。该应用示例很好的证明了此超薄拉力传感器应用于穿戴式人体健康监控的潜力。
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