化学镀法制备图案化银纳米颗粒单层膜

一步法完成Ag纳米颗粒的制备及图案化组装,开辟低成本、高效率制备图案化银纳米颗粒单层膜的新途径。采用微接触印刷技术,将有机分子十六烷基硫醇(HDT),1,10-癸二硫醇硫醇(DDT)选择性自组装在金表面,通过化学镀法在基底材料上制备高度分散有序直径约为10nm的球形银纳米颗粒。得到规则有序的图案化银纳米颗粒单层膜。采用自主装诱导技术结合化学镀法,制备Ag纳米颗粒的同时,完成图案化银纳米颗粒薄膜的制备。图案化分散有序的金属纳米颗粒在表面催化和微电子器件制备方面有广阔的应用前景。     

聚苯胺导电水凝胶基柔性应变传感器的制备

以蒙脱土改性聚丙烯酰胺水凝胶为基底,通过苯胺预渗透方法制备聚苯胺浓度梯度分布的聚苯胺/改性蒙脱土/聚丙烯酰胺（PANI/DCM/PAM）导电水凝胶（PDPG）,重点考察力学性能和应变传感性能。结果表明：壳聚糖改性蒙脱土的分散液稳定性明显提高;苯胺预渗透5 s、脱水5 h所得PDPG水凝胶的拉伸强度和断裂伸长率分别达到194 kPa和685%;改变苯胺预渗透时间可以调控PDPG水凝胶的导电性能和传感性能;当应变为0~400%时,PDPG水凝胶的灵敏度（GF）最高值为7.02。基于PDPG导电水凝胶的柔性应变传感器能够实现对人体全尺度运动的监测,并具有很好的循环稳定性。     

导电海绵-AgNWs复合柔性应力传感器灵敏度优化

以导电海绵为基底,并将其与银纳米线（AgNWs）复合作为柔性电极,制备了一系列柔性应力传感器,其具有良好的灵敏度和重复性.研究发现AgNWs均匀附着在导电海绵的泡沫网络中.受力时随着海绵泡沫结构大形变的同时,AgNWs结构在微观上也产生次级形变,这种多层次的导电网络结构变化有利于增强应力传感器的灵敏度.考察了不同介电材料、介电层厚度、AgNWs滴涂层数等条件对灵敏度的影响,并优化了制备条件,实现了传感器的可控制备.本文制备的传感器制备方法简单,有一定实际应用前景.     

高灵敏度离子皮肤手指关节角度传感器的设计

为解决柔性传感器监测手指关节运动时灵敏度、测量范围及阈值有限的问题,设计并制备了一种多介电层(3层)结构形式的离子皮肤手指关节角度传感器。该传感器由多个硅橡胶薄膜和高保水性的离子凝胶电极构成,当穿戴传感器的手指关节弯曲时,根据应变引起其电容信号的变化,可测得手指关节弯曲角度。构建多介电层结构形式的离子皮肤应变传感理论模型;推导多介电层离子皮肤手指关节角度传感器的角度传感理论模型;测试传感器输出与手指关节角度关系。实验结果表明,传感器角度传感理论模型与测试结果吻合较好;传感器灵敏度为单介电层离子皮肤手指关节角度传感器的3.5倍,测量范围囊括手指关节从展平到完全弯曲状态角度,阈值小于1°,具有灵敏度高、测量范围广和阈值低的特性。离子皮肤多介电层的结构形式及理论模型对康复训练患者及微操纵机械手的精准测量具有较好应用前景。     

透明导电薄膜(Ⅲ):TCO/M/TCO三层透明导电薄膜

TCO/M/TCO三层透明导电薄膜具有可见光区透光率高、导电性好且超薄的特点,适用于包括柔性基底在内的电子器件的透明导电电极.本文阐述三层透明导电氧化物/金属/透明导电氧化物(TCO/M/TCO)薄膜透光导电原理,厚度设计及其对光电性能的影响,金属层的选择及作用机制,溅射氛围和后处理工艺对薄膜性能的影响.     

盘式光纤加速度计的灵敏度增强方法研究

提出一种基于多层缠绕光纤环的灵敏度增强方法以实现盘式光纤加速度计高灵敏度传感。通过分析单层光纤敏感盘盘片的应力应变状态,探讨光纤盘粘贴区域、弹性盘片尺寸、传感光纤类型3种因素对灵敏度的影响,采用多层光纤敏感盘对盘式光纤加速度传感器进行灵敏度增强的方案,并通过有限元软件仿真验证。采用多层光纤敏感盘制作的盘式光纤加速度计,其加速度灵敏度能够达到6 243.4 rad/g,有效地提高了盘式光纤加速度传感器的灵敏度。     

纤维-金属层合板层间应力分析

依据有限元方法,建立了纤维-金属层合板的有限元模型,有效模拟了金属层的弹塑性以及其层间的应力分布;分析了纤维-金属层合板的拉伸特性,与试验数值比较,证明了该有限元模型的准确性;从不同类型纤维-金属层合板的应力-应变曲线,得出结论:层合板在金属层进入塑性形变阶段后,强度下降较快且玻璃纤维层采用相同的铺排方式,有利于降低层间应力集中程度.     

静电纺丝法制备图案化微纳米纤维薄膜

使用几种网孔结构的导电模板和绝缘模板作为静电纺丝收集装置,制备了图案化的微纳米纤维薄膜,并对其微观形貌进行了表征,对图案化形成机理进行了分析。结果表明,电纺纤维总是趋于沿电场线的方向运动,当导电网孔模板作为收集装置时,电纺纤维向导电格子聚集形成图案化纤维薄膜;当绝缘网孔模板作为收集装置时,电纺纤维避开绝缘模板格子,向模板孔洞聚集形成图案化薄膜。     

导电纤维的回顾与展望

本文综述了导电纤维的发展过程,并就导电纤维的发展方向进行了展望。早在五十年代,就开始了对合成纤维抗静电处理方法的研究,当时产品的性能尚不甚完善。七十年代发展的导电成份复合型导电纤维,是将含导电微粒的高聚物与成纤聚合物一起复合纺丝。所得纤维的性能良好。在进一步研究的基础上,导电成份覆盖型导电纤维也被开发。本文介绍了国内外研究较为深入的三种制备导电成份覆盖型导电纤维的方法。其一是在纤维表面形成聚毗咯层;其二为在纤维表面镀复金属层;其三在纤维表面发生化学反应,形成金属化合物覆盖层。实践中发现上述三种方法制备的导电纤维各有千秋。最后本文对导电纤维的发展方向作了展望,指出结构型的导电聚合物是导电纤维的发展方向。     

乙基纤维素电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料性能的研究

研究了乙基纤维素(EC)电纺纤维调控PDMS/CNT柔性复合材料的力学和电学性能.结果表明,引入电纺EC纤维后,PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从1.73 MPa提高至3.97 MPa,断裂应变由86.56%提高到115.00%,韧性由0.61 MJ·m^-3提高到1.58 MJ·m^-3;有缺口PDMS/CNT柔性复合材料的拉伸强度从0.34 MPa提高至1.57 MPa,断裂应变由18.85%提高到27.54%,韧性由0.04 MJ·m^-3提高到0.27 MJ·m^-3;导电电阻由550 kΩ下降至228 kΩ,导电性上升.基于EC电纺纤维调控的PDMS/CNT复合材料组装的应力传感器灵敏度和循环稳定性获得了有效提升,引入1 wt%EC电纺纤维后,柔性应力传感器的灵敏度从0.341 kPa^-1提高至4.922 kPa^-1,提升了14倍,引入电纺EC纤维后的传感器循环电阻变化率曲线变得相对更加规整,异常波动更小.     

光纤Bragg光栅监测沥青混凝土应变试验

基于光纤Bragg光栅(FBG)传感原理,结合沥青混凝土路面的特点,介绍了传感器应变传感特性与设计封装结构,制作了一种用于监测沥青混凝土应变试验研究的光纤Bragg光栅传感器。通过砝码加载的方法对传感器进行标定,光纤Bragg光栅传感器的应变灵敏度系数为1.1 pm/με,封装工艺没有改变光纤光栅的应变传感特性;传感器埋入SMA-13沥青混凝土后,通过静态试验得到荷载与传感器轴向应变之间的关系为0.038 7με/N;通过ANSYS 11.0仿真传感器静态试验,得到传感器应变灵敏度修正因子η为0.928;进行了5 h动态试验,应用其监测室内车辙试验下沥青混凝土内部结构沿传感器轴向的应变,随着碾压次数的增加,轴向的应变增加。监测结果能够反映沥青混凝土内部结构应变基本变化规律,可用于沥青路面的应变监测,为道路养护决策提供了一种新方法。     

基于石墨烯复合薄膜的应变传感器及性能分析

为了克服现有应变传感器在结构健康监测上的不足,以还原氧化石墨烯(rGO)为导电填料,纳米纤维素(CNF)为骨架,硅橡胶(PDMS)为弹性基体,采用溶剂挥发法,制备一种层状结构的柔性应变传感器。分析GO-CNF悬浮液分散性和rGO-CNF/PDMS薄膜传感器的机敏性能,分析传感器的应变-电阻响应机理,建立r GO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型。研究结果表明:CNF能有效协助rGO的分散,CNF相互交叉、搭接有助于在PDMS基底表面形成多孔隙结构的rGO-CNF薄膜;rGO-CNF/PDMS传感器能承受较大的拉伸变形(应变大于80%),可通过调整基底材料种类和厚度进行调节,并且传感器对应变具有较高的灵敏度(灵敏系数为12～41),可通过调整rGO和CNF的掺量进行调节;rGO-CNF/PDMS复合薄膜的压阻行为预测理论模型所得应变与电阻的关系与实测结果较吻合。     

基于液态金属复合材料传感手环的手势意图识别系统

手势意图识别是人机交互领域的热门研究方向，然而现有手势的识别系统大多基于肌电信号，肌电信号不可避免的信号串扰、衰减、信噪比低等问题严重影响了手势识别的准确率.为了解决这一问题，研发了基于液态金属复合材料传感手环的可穿戴手势识别系统，液态金属复合材料灵敏的压阻效应使设计的传感手环获取的传感信号表现出稳定、灵敏度高、噪声低等优异特性.基于此传感信号的手势识别系统由数据采集和模式识别两个部分组成，其平均离线识别准确率高达97.19%.更重要的是，该系统无须在手部加装设备，通过前臂肌肉即可获取信号，因此可用于手部功能缺失的残疾群体，用户范围广泛，具有重要的社会和经济效益.     

基于LC谐振的非侵入式眼压监测系统

为保证眼压(IOP)获取的实时性、准确性和易操作性,基于电感电容(LC)串联谐振原理,提出一种非侵入式的柔性LC眼压传感器,具有可穿戴性．传感器采用一种基于软光刻和热塑成型的微通道液态金属注入的制备方法,应变单元是由液态金属制成的电感线圈,极大提高了传感器灵敏度和佩戴舒适度．同时设计了一种专用于该眼压传感器的信号采集装置,包括扫频信号发生电路、幅值相位检测电路、单片机控制单元和读取线圈．通过读取线圈与眼压传感器的耦合,采用幅值相位检测电路得到耦合之后的等效阻抗实部最大值,从而得到传感器的谐振频率．实验测试结果表明：非侵入式眼压监测系统在眼压监测方面达到了467.3 Hz/Pa的灵敏度,且得到系统的眼压测量精度为±0.2 kPa,满足测量要求．     

基于金银复合膜的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

为了优化基于D型光子晶体光纤单层金属膜折射率传感器的性能,提出了一种基于金银复合膜的D型光子晶体光纤表面等离子体共振(PCF-SPR)效应传感器.该传感器具有结构简单、灵敏度高、能有效减少银的氧化、半高宽窄等优点.利用有限元法对所提出的传感器结构进行了模态分析,以评估该传感器的各项参数.仿真结果表明：在纤芯小空气孔直径为0.20μm、大空气孔直径为0.75μm、气孔间距为2.00μm、金膜的厚度为15 nm、银膜的厚度为30 nm时,最大折射率灵敏度为6 400.00 nm/RIU,分辨率为1.56×10^-6 RIU;在相同结构中,相比于单层金膜的折射率灵敏度提高了120%,分辨率提高了95%.该传感器可应用于高灵敏度折射率传感或温度传感等领域.     

双金属层表面等离子体共振传感器品质因子的研究

基于光学薄膜理论,研究了银-金双金属层表面等离子体共振(SPR)传感器品质因子的特征。 首先,通过共振角处最低反射率的计算得到了双金属层的最佳厚度配比;其次,研究了最佳厚度配比下双金属层 SPR 传感器的线宽、灵敏度以及品质因子的特征。 研究结果表明,随着双金属层中银膜厚度的增加(或金膜厚度的减小),传感 器的灵敏度和线宽均减小,而传感器的品质因子增大。 当双金属层 SPR 传感器中金膜厚度减小至 0 nm 时(单层银膜 SPR 传感器),传感器的品质因子达到最大值 96.35 RIU-1 。     

介质阵列加载的表面等离子共振传感器基底研究

单个介质纳米颗粒的散射效应表明介质散射共振和金属局域表面等离子共振具有类似的局域电场增强特性,但却避免了金属的强光吸收损耗。利用这种共振效应,提出一种介质硅阵列加载的表面等离子共振传感基底结构。数值模拟显示,通过调控基底结构参数,与金属银阵列相比,介质硅阵列的共振耦合效应更强,近场增强更明显,对应的反射谱共振谷曲线也更加尖锐。相同环境下的传感性能指标计算表明,介质硅阵列基底具有更好的灵敏度和品质因子,因此基于散射共振的介质阵列加载基底结构是提高表面等离子共振传感灵敏度的一种有效方法。     

基于光纤光栅定位的全分布式光纤位移传感器

针对深部岩体、边坡滑移等大量程位移难于测量的问题,提出了一种基于光纤光栅定位的光时域反射位移测量原理,并开发了基于光纤光栅的全分布式光纤位移传感器.实验结果表明,基于光纤光栅的全分布式位移传感原理可行,研制的2种全分布式位移传感器均能实现位移的测量,位移灵敏度系数高达5.21,并且可通过结构设计提高位移传感灵敏度与量程.     

水泥基碳纤维智能层检测混凝土梁的试验研究

为研究水泥基碳纤维复合材料的应变传感特性,对带有预制裂缝的混凝土梁试件进行三点弯曲试验。试验结果表明:水泥基碳纤维智能层传感器可感知混凝土梁平均应变的变化;且其与弯拉荷载呈线性变化关系。在压阻效应第一阶段,短切碳纤维发生重新搭接而使得水泥基智能层的电阻变化率随平均应变的增加而急剧增加;在压阻效应第二阶段,水泥基智能层形成新的导电网络其电阻变化率基本趋于稳定;且与梁的平均应变有很好的线性一致性。因此,可通过监测水泥基智能表层电阻变化率来监测梁的平均应变,从而达到检测裂缝宽度的要求。     

光纤光栅传感器民机机载环境适应性分析方法

严苛的机载环境条件严重影响着光纤光栅应变传感器在民机结构状态监测中的长期应用,为了评价光纤光栅应变传感器的机载环境适应性,从机载环境条件出发,提出以传感特性的灵敏度系数、线性度、零点漂移、温度系数作为评价光纤光栅应变传感器环境适应性的指标体系,设计了环境试验前后基于等强度梁的传感器有效性测试方法,分别采用涂层封装与非金属基底封装两种封装形式的光纤光栅传感器,经历14项环境试验后暴露其存在问题对环境适应性进行分析,试验结果表明提出的指标体系能有效地评价光纤传感器失效状态,从而验证了该环境适应性分析方法的可行性。