柔性触觉传感器用力敏导电橡胶力学灵敏度研究

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料.研究了基于力敏导电橡胶的柔性触觉传感器灵敏度随复合材料的填料用量,不同种类填料并用而变化的特性.对材料的弹性形变、炭黑和填料并用的网络化进行了分析.通过实验,获得了在不同填料配比下的力敏导电橡胶的横向和纵向力灵敏度,渗流区不同位置下的灵敏度.实验表明,当炭黑(8%)和SiO2(27‰)并用时,复合材料电阻刚好处于渗流区的高阻态端,弹性模量较低,力学灵敏度高.采用体压阻效应与界面压阻效应相结合的方式制作柔性触觉传感器可获得较高力灵敏度.     

三维力柔性触觉传感器设计

对力敏导电橡胶的压阻特性进行了分析和实验验证,得到了传感器单元三维力信息获取的数学模型,并进行了传感器阵列结构和信号处理电路的设计;通过实验对三维力触觉传感器单元进行了验证,并分析了实验结果.实验结果表明,基于力敏导电橡胶的柔性三维力触觉传感器符合设计要求,为进一步研究三维力柔性传感器提供了一种新思路.     

AgNWs/MXene增强的柔性多孔压阻传感器的制备与性能研究

随着物联网、人工智能等技术的兴起,柔性压阻传感器在人工触觉、健康监测、仿生电子皮肤等领域具有广阔的应用前景.目前柔性压阻传感器的灵敏度和稳定性与实际应用还存在一定的差距.本文中以AgNWs和MXene为导电材料,以具有良好生物兼容性的明胶为聚合物基体,采用冷冻干燥法制备一种多孔蜂窝状的AgNWs-MXene/明胶压阻传感器.测试结果表明所制备的柔性压阻传感器在0～14 kPa压强范围内具有3个线性响应区,在4～9 kPa压强范围内灵敏度最高,为116 kPa^-1.该传感器的响应时间最快可达1.79 s,且对人体脉搏跳动及肢体的运动状态具有良好的压阻敏感特性,表明实验所制备的柔性压阻传感器在柔性可穿戴电子器件领域具有良好的应用前景.     

纳米炭黑/硅橡胶柔性压力传感器的交流特性

在印有叉指电极的陶瓷衬底上,制作纳米炭黑/硅橡胶复合导电材料的压力传感器,并研究该传感器在交流驱动下的压敏特性.结果表明:在1kHz测试条件下,该传感器呈正压阻效应;随着测试频率的增加,纳米炭黑/硅橡胶界面处的空间电荷极化强度减小,器件的正压阻效应减弱;当器件负载/卸载时,传感器的响应和恢复时间均小于3s;当连续加载压力时,传感器可分辨的压力为0.5N.     

表面应力敏感型压阻微悬臂梁传感器的模拟

为获得用于表面应力测量的压阻悬臂梁传感器的参数的优化方法,建立了有限元分析模型。通过将模拟结果与压阻理论结合,分析了表面应力作用下的压阻式微型悬臂梁传感器。建立了两层硅悬臂梁结构模型,在顶层硅内施加初始应力模拟表面应力。对仿真结果应力数据进行提取与计算,结合压阻系数,分析了n型硅压阻与p型硅压阻长度、宽度和位置等对微型悬臂梁传感器灵敏度的影响。结果表明:为获得较高灵敏度,n型硅压阻应做长,p型硅压阻应做短并安排在固定端。该文研究结果为悬臂梁生化传感器提供了设计参考。     

压阻式压力传感器特性实验及Matlab数据处理

该文对压阻式压力传感器在3,6,9,12 V电源电压E下载荷F(包括加载和卸载)与非平衡电桥输出电压U0之间的响应关系进行测定。分别利用Matlab软件的命令窗口、图形界面(GUI)拟合工具箱和M文件方法决定出不同电源电压下传感器的灵敏度K。结果表明,随着电源电压的增长、传感器灵敏度等比例的增长,暗示可通过增加电源电压来提高测量精度。结合获得的灵敏度测量任意物体的质量,得到了十分满意的结果。另外,通过实际操作也说明Matlab 3种数据拟合手段各有优势。     

纳米气体传感器灵敏度-温度曲线的拟合

通过试验测试了苯纳米气体传感器的灵敏度随温度变化的规律.在所得实验数据的基础上,应用Matlab软件对苯纳米气体传感器的灵敏度-温度特性曲线进行了拟合.对最小二乘法的分段多项式与三次样条曲线两种方法在传感器特性曲线拟合中的特点进行了理论分析及比较,发现两种方法的拟合精度虽然均为10-3,但分段多项式的拟合相对误差为±1.5％,各段拟合曲线连接点处出现断点现象;而三次样条函数的拟合相对误差仅为±0.5％,各段拟合曲线连续性好,整条曲线光滑.     

介观压阻效应在微型传感器中的应用研究

对运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理——介观压阻效应,用GaAs/AlAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.通过分析、模拟、计算和试验测试得到了它的参数,并对介观压阻灵敏度和压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理可以提高压力传感器的灵敏度的可行性,为制造出基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

碳纳米管/聚合物复合材料薄膜制备及其压阻特性研究

基于真空过滤方法获得均匀的不同厚度碳纳米管薄膜,通过与聚合物基体的润湿固化转移碳纳米管薄膜制备压阻敏感度可控的复合材料薄膜.并研究了该薄膜的压阻特性.结果表明薄膜的压阻敏感度随着初始碳纳米管悬浮液体积的减小而降低,当体积减小到一定程度时,薄膜压阻敏感度反而增加,但是线性范围减小.碳纳米管/聚合物复合材料的这种压阻特性,一方面了说明了碳纳米管与聚合物复合材料薄膜压阻效应的可控性;另一方面,也表明了通过调节压阻敏感度,该复合材料既可用作应变传感,又可以用作对变形不敏感的导电薄膜.     

固相辅助电极型传感器的物理模型

用研制的Mg2SiO4(s) MgO(s)硅传感器,对高碳冶金熔液中的硅进行了测量,发现辅助电极的物相结构和熔体中的氧含量对测量结果有明显的影响.首先提出了辅助电极型传感器的物理模型,导出了辅助电极的局域平衡氧势与熔体氧势和硅传感器测量结果的关系式,给出了覆盖常数和结构常数的物理意义.用实验数据拟合得到了该传感器的结构常数为6.66;用该模型对小于1的不同覆盖常数的硅传感器测得同一熔体的氧势进行了校正,得到了一致的局域平衡氧势值,证明了模型与实际吻合得相当好.