接触电阻对导电纬平针织物柔性传感器的电-力学性能影响

采用Popper和Kawabata的针织物力学模型计算纬平针织物线圈中交叠纱线间的接触力,为了简化计算过程,采用两个弯曲的纱线相互钩套来模拟导电纬平针织物线圈中相互交叠的纱线,导电纱线间接触电阻和接触力的关系可用经验幂函数求得.由理论分析和试验研究可得:导电纬平针织物线圈中交叠纱线之间的接触电阻随接触力的增加呈幂函数减小;由接触电阻引起的电阻变化是影响导电纬平针织柔性传感器灵敏度的关键因素;导电纬平针织物电阻随应变的增加而线性减小.     

柔性石墨烯传感带拉伸传感性能

将石墨烯织带作为基材覆合于弹性针织面料上,以制备柔性石墨烯传感带。在伸长率为0~25%时,通过定伸长拉伸试验测试不同初始长度的石墨烯传感带电阻与伸长率关系、灵敏度、重复性以及稳定性。结果表明:当伸长率小于10%时,柔性石墨烯传感带的电阻增长速率较快,而当伸长率超过10%后,电阻变化较小;伸长率为0~10%,其灵敏系数可达6.0以上;5次重复性拉伸测试发现,该传感带具有良好的重复性及稳定性。研究表明,该柔性石墨烯传感带在服装用人体数据采集如长度测量等方面有一定的应用性。     

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。     

压阻式柔性应变传感纤维的手指姿态识别装置

针对传统应变传感器柔顺性受限、与织物结合性差的问题,设计了一套可穿戴织物手指姿态识别装置。该装置的传感器为弹性硅橡胶和多壁碳纳米管复合的压阻式芯-鞘结构传感纤维柔性应变传感器,采用同轴湿法纺丝工艺制备,具有很好的可编织性,拉伸应变可达300%,响应时间少于200ms,可将其编织到织物手套的手指关节处,用于感知手指姿态;该装置的嵌入式控制系统采用基于STM32F103C8T6主控芯片的单片机,用于采集处理手指姿态传感信号;该装置的识别显示系统采用发光二极管、无源蜂鸣器和有机发光显示屏等功能器件,用于手指姿态的识别显示。实验结果表明,与现有手指姿态识别装置相比,该装置将柔性应变传感纤维、常规织物、单片机和功能器件集成在一起,具有舒适的可穿戴性,实现了呼吸灯、数字音乐和手语识别等移动便携式控制应用。     

基于取向纤维基底和图案化双相金属层的高灵敏应变传感器（英文）

为了提高液态金属基应变传感器的灵敏度,研究了一种高灵敏度、可拉伸的应变传感器,该传感器由取向的静电纺热塑性聚氨酯纤维基底和图案化双相金属传感层构成。以液态金属Galinstan为“岛”,固体金属银为“海”,构建了图案化双相金属传感层。银“海”可阻止连续的液态金属导电路径的形成,基于银导电区域的裂纹扩展机制,传感器的灵敏度显著提高。此外,纤维取向(水平或垂直)削弱了在受力时纤维的重新排列,增强了传感层的变形。结果表明,对于单一液态金属层或Ag层组成的传感器,基底纤维垂直取向与随机排列比较,灵敏度分别提高1.09倍和33.19倍。最终制成的基于垂直取向纤维基底和图案化双相金属层的应变传感器具有超高的灵敏度(灵敏度系数高达952.20)和宽传感范围(高达59.33%)。这种设计有望在可穿戴设备中显示良好的应用潜力。     

电脑提花袜机柔性编织系统

由浙江大学电气自动化研究所研制成功的电脑提花袜机柔性编织系统是一种利用计算机辅助设计、辅助制造技术改造传统机械选择的提花袜机,使其实现袜子织物柔性编织的系统.电脑提花袜机柔性编织系统包括由微机组成的花型CAD系统和单片机控制的提花袜机两部分.花型CAD系统通过彩色图象扫描仪和数字化仪把袜子设计稿图案输入计算机,经图形编辑、信息处理转换为选针控制、进梭控制和换梭控制数据,并由单片机控制系统实现袜机整个生产过程的控制,实现全范围无规则大提花.创造性地设计了三态选针器和提花针实现两级提花,设计了5色下拉盘、提花三角、镶板和梭口等袜机核心部件,在围针圈内用平行三角实现每横列5色提花,提高了袜机正常运转的速度.电脑袜机柔性编织系统主要技术性指标:1.允许最大花型尺寸200针×10000圈;2.电磁选针器动作频率高于80Hz;3.单横列不换梭能编织5色,机械或电子换梭能编织8色;4.花型允许范围包括罗口、袜筒、袜面、袜底全范围、错花率不高于十万分之     

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。     

LiCl-PAM/SA-Ca2+双网络水凝胶应变传感器的制备与性能

近几年，导电水凝胶应变传感器将不可见的机械刺激转化为可见的电信号的能力越来越受到科研人员的关注.同时，其优异的透明性和导电性也为成为柔性电子产品奠定了基础.然而，由于水凝胶内部存在大量水分，环境适应性差(如低温和长期储存)限制了实际应用.因此，本工作通过使用LiCl作为海藻酸钠分子链超分子组装的触发器并引入甘油作为冷冻保护剂，开发了一种新型离子导电LiCl/PAM/SA-Ca²⁺水凝胶.结果表明：离子导电水凝胶不仅具有较高的断裂应变(1 920%)和与人体皮肤相似的模量(80 kPa),而且具有优异的机械强度(375 kPa)、出色的韧性(4.8 MJ·m^-3)和高透明度；此外，氯化锂和甘油也赋予其防冻和保湿功能；进一步研究表明：作为柔性应变传感器，离子水凝胶在300%至750%的应变范围内具有高灵敏度(GF=2)和宽检测应变窗口(2.5%～500%).同时该应变传感器也表现出优异的抗疲劳性(100%应变下200次循环)和低温(-25℃)下的传感灵敏度.这种独特的性能为可穿戴设备在复杂环境中的应用提供了更多可能.     

热塑性聚氨酯导电无纺布的制备与应变响应性能

以热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethane, TPU)为主要原料，通过熔喷纺丝技术制备TPU无纺布.配制不同质量浓度的多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)分散液对TPU无纺布进行功能化修饰，用于制备TPU/MWCNTs导电无纺布.通过绝缘电阻测试仪、热失重分析仪、扫描电子显微镜和拉伸应变响应度分析TPU/MWCNTs导电无纺布的结构与应变响应性能.结果表明：MWCNTs均匀、牢固附着于TPU/MWCNTs无纺布，形成高效、稳定的导电网络；随碳纳米管质量浓度增加，TPU/MWCNTs导电无纺布的导电性能变好；MWCNTs的引入提高了TPU/MWCNTs导电无纺布的热稳定性；当MWCNTs质量浓度为3 mg·mL^-1时，TPU/MWCNTs导电无纺布的应变灵敏度最高；随着应变幅度增大，导电无纺布的应变响应度增强；经过10个循环拉伸作用后，TPU/MWCNTs导电无纺布的应变响应度达到稳定的响应状态，表现出良好的可回复性和可重复性，在柔性传感器和智能可穿戴领域具有光明的应用前景.     

基于碳纳米材料的柔性薄膜器件研究

近年来,可穿戴或贴合式的传感器在实时生理监测、特殊环境信号检测等领域的需求日益凸显,柔性传感器成为当前研究的热点.碳纳米管(CNT),由于其独特的电学和力学性能,在新型电子器件的发展中扮演着越来越重要的角色.本文介绍了几类典型的基于碳纳米管的柔性红外传感器和微压力传感器.在柔性红外传感器的研制中,利用碳纳米管与SiO_2的界面以及不同掺杂的CNT形成的p-n结,设计和制备了两种不同类型的高灵敏度柔性红外传感器,实验结果证明界面载流子行为对传感器的响应速度有重要的影响.另一方面,利用碳纳米管的优秀导电性,设计和制备了两种力传感器.通过银纳米颗粒修饰的碳纳米管制备的柔性拉力传感器,兼具高拉伸度和高灵敏度,具有优秀的应变系数.此外,利用碳纳米管和三棱锥的微结构制备了响应灵敏的微压力传感器,具有优秀的响应幅度与响应速度.     

智能CFRP加固RC梁荷载效应模拟与测评

将布拉格光栅光纤（FBG）传感器固化于碳纤维复合材料（CFRP）试件中,构成智能CFRP,试验结果表明：FBG传感器与CFRP相容性良好;FBG传感器与传统电阻应变片具有理想线性关系,FBG的应变传感特性精确稳定．制备4根CFRP加固RC实验梁,并在受拉钢筋、压区混凝土及底部加固CFRP中预置了FBG传感器．根据FBG传感原理、钢筋混凝土理论和Ansys有限元软件编制RC梁荷载效应模拟程序．对实验梁进行弯曲加载实验．根据置入CFRP中FBG传感器的监测应变值,应用有限元模拟计算程序得到梁实时模拟荷载及诸项荷载效应模拟值．结果表明：受拉钢筋与压区混凝土实时模拟应变与传感器实测应变相符合,模拟挠度与实测挠度也相符合,模拟实时荷载与实际荷载基本一致．从而达到集加固与测评双重功能于一体的目的。     

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.     

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。     

可穿戴医疗设备的关键技术

正可穿戴材料新型的导体和半导体材料为可穿戴医疗设备的设计提供了新动力,例如导电高分子聚合物、金属和金属氧化物的纳米粒子、碳基纳米材料等,这些材料既具有良好的导电性,又具有很好的机械特性,非常适合于可穿戴医疗设备。传感器技术可穿戴医疗设备监测的各种生理信号和生命体征都需要依靠强大的生物传感技术。因此,高灵敏抗噪的柔性传感器设计是可穿戴医疗设备的     

基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器

设计了一种基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器,应变测量范围为0~2 000με,温度测量范围为-50~200℃.仿真验证获取了取样光纤光栅的传感特性.应用SPSS统计学软件,得到取样光栅同时测量温度和应变的双参量矩阵方程,并标定了矩阵方程中的4个传感系数.     

拱形应变传感器的优化设计

通过理论分析、数字模拟及试验研究探讨拱形应变传感器输出灵敏度的影响因素及其影响规律.研究结果表明:拱形应变传感器拱顶的开槽、拱轴线形、拱高、拱跨及截面尺寸为其输出灵敏度主要影响因素,其中拱顶开槽的影响最为显著.依据各因素影响程度的不同,得到了拱形应变传感器的最优尺寸,拱的净跨为100 mm,拱高为17 mm,据此制作出拱形应变传感器实物.将所制作的拱形应变传感器以电阻式应变片进行输出灵敏度的标定并试验验证其适用性,实践表明所设计的拱形应变传感器可重复使用并且具有较高的输出灵敏度.     

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.     

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.     

柔性触觉传感器用导电橡胶压阻特性及其拟合

以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备柔性触觉传感器用导电复合材料.分析了测量压阻特性的电极置于导电橡胶体内或覆盖于导电橡胶表层对压阻实验数据的影响.实验结果表明,压阻特性非线性特性明显,采用二次多项式拟合压阻实验数据可获得高拟合优度,且电极内嵌于导电橡胶测得的压阻数据拟合的相关系数均高于电极外贴在导电橡胶上测得的压阻数据拟合的相关系数.灵敏度与材料的初始电阻正相关,电极外贴于导电橡胶表面的传感器结构可获得较高的力灵敏度.     

电容-电阻双模式材质识别传感器设计与实验

提出一种由同面双电极接近感知单元和炭黑填充硅橡胶力敏传感单元构成的电容-电阻双模式材质识别传感器.研究电极尺寸、屏蔽距离对电容模式材质识别性能的影响,通过COMSOL Multiphysics仿真软件优化电容模式材质识别传感单元结构设计;探究炭黑含量、制备工艺及力敏材料尺寸等对电阻模式材质识别性能的影响机制.构建材质识别电容、电阻信息采集与实验平台,将待识别目标物属性信息与电容-电阻双模式材质识别数据库进行匹配以完成复合式材质识别.实验结果表明:提出的双模式材质识别传感器具有结构紧凑、检测范围广、操作便捷等优点,同时克服了单模式材质识别单元检测性低、检测目标物受限等弊端.