基于Ecoflex/AgNWs/MWCNTs的柔性可拉伸应变传感器的研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:scotscotscotscot
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近年来柔性电子器件获得广泛的关注,其中柔性应变传感器由于具有可穿戴、高性能、便携、舒适等特点,在可穿戴设备、柔性电子皮肤、人机交换、智能医疗、柔性显示屏等领域展现出广阔的应用前景,已成为研究热点。然而基于纳米材料与聚合物柔性基底的柔性应变传感器存在一些需要解决的问题,如灵敏度低、拉伸范围小、稳定性耐久性差等。本课题的研究结果表明,多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂高长径比的银纳米线(AgNWs)后,与铂催化硅橡胶(Ecoflex)结合所制备的柔性可拉伸应变传感器能有效改善传感器的性能指标。
  本课题将多壁碳纳米管掺杂实验室制备银纳米线后,作为柔性传感器的导电材料,铂催化硅橡胶(Ecoflex)作为柔性基底。银纳米线的制备方法采用改进多元醇法,以氯化铜作为成核控制剂,制备出形貌均匀,且具有高长径比的银纳米线,柔性基底(Ecoflex)采用低温固化成膜,通过沉积的方法,将银纳米线和多壁碳纳米管均匀的沉积到Ecoflex膜上制成柔性导电薄膜,并组装成简易的柔性可拉伸应变传感器。通过改变银纳米线的含量(0.05mg/cm2、0.1mg/cm2、0.15mg/cm2、0.2mg/cm2),来探讨其对柔性可拉伸应变传感器性能的影响。利用柔性传感测试仪器对传感器的力学性能、灵敏度、线性度、迟滞性和稳定性进行分析,并将柔性可拉伸传感器与手套结合制作完成了简易的智能手套,还将传感器佩戴在人体的颈椎、手腕、肘部和膝盖部位进行测试。
  通过对实验室制备的银纳米线的表征分析,证明了改进多元醇法可以制备出形貌均匀,平均直径为130±13nm,长度为35±6μm,长径比达到269的银纳米线。实验中添加的银纳米线有效改善了柔性可拉伸应变传感器的传感性能,将Ecoflex为柔性基底增大了柔性应变传感器的拉伸范围。本课题研究的柔性可拉伸应变传感器的拉伸范围最大为70%。当银纳米线含量为0.15mg/cm2时,柔性可拉伸应变传感器的断裂伸长率可达到817%,灵敏度可达到118.19,线性度符合二次拟合,线性相关系数R2接近于1。同时在1000次拉伸循环测试中,柔性可拉伸应变传感器表现出良好的稳定性。将柔性可拉伸应变传感器佩戴在人体的运动部位进行监测,传感器可以将各个部位的运动信号转换为电信号,进而根据电信号曲线识别各个部位所处的运动状态,因此,柔性可拉伸应变传感器在人体的健康监测、康复训练、运动监测和人机交互方面具有良好的应用前景。
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