碳纳米管柔性应变传感器在智能纺织品中的应用

智能纺织品不仅拥有日常穿着的所需功能,而且兼具智能性,柔性纺织材料的选择是当前纺织材料研究的重点。在柔性材料中,碳材料是制备柔性应变传感器的理想材料之一。以碳纳米管为柔性材料制备的柔性应变传感器在智能纺织品中的应用为研究内容,从碳纳米管的结构组成、性质及其应用等方面,介绍碳纳米管柔性应变传感器的研究现状;从材料选择、制备方法、性能测试及应用等方面,阐述以碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜为柔性材料制备的柔性应变传感器的特性和功能;从制备难点、生产成本、实际应用效果等方面,对碳纳米管柔性应变传感器的优缺点进行评述。研究认为,在大应变下具有高灵敏度将是今后碳纳米管柔性应变传感器研究的方向。     

基于非均匀分布微结构的柔性压力传感器性能调控

[目的]为了适应柔性压力传感器面向特定应用的定制化设计需求,提出一种基于非均匀分布微结构的电容式柔性压力传感器,开展传感器性能调控研究.[方法]首先,基于敏感层微结构非均匀分布方式,提出一种灵敏度预测模型,并通过与实际测试结果的对比分析,验证模型的正确性.其次,研究当介电层微结构为微圆台时,不同微圆台顶面半径、高度、底面半径等几何参数以及次级微结构对传感器灵敏度和线性范围的影响.最后,基于该调控方法制备了综合性能良好的多级非均匀微结构分布的柔性压力传感器,进行性能测试与应用测试.[结果]非均匀分布微结构柔性压力传感器的灵敏度与微结构的分布及几何参数密切相关.通过对微结构分布的调控可筛选出具有最优灵敏度的传感器,对敏感层微结构几何参数的调控可实现对柔性压力传感器性能的调控.[结论]该性能调控方法对面向特定应用的传感器定制化设计具有一定的指导价值.     

纳米纤维素/碳纳米管复合薄膜的制备及湿敏性能

首先采用TEMPO氧化法制备纳米纤维素(NFC),并将NFC作为碳纳米管(CNT)的分散剂,通过超声和离心处理制备出稳定分散的NFC/CNT分散液;然后通过朗伯-比尔定律测定离心处理后的NFC/CNT分散液的质量浓度,并利用原子力显微镜和Zeta电位对NFC/CNT的分散效果做进一步表征;最后将制得的NFC/CNT分散液,通过真空抽滤法制备出柔性NFC/CNT复合薄膜.扫描电镜分析表明,所制备的薄膜具有多层有序结构,并且NFC与CNT之间相互交织,形成网络结构.拉曼光谱分析进一步表明,薄膜中的NFC与CNT之间存在氢键作用.NFC/CNT复合薄膜的湿敏性能测试结果表明:不同含量的CNT对复合薄膜的湿敏性能具有重要的影响,当CNT含量为5%时,复合薄膜在95%相对湿度条件下的灵敏度高达64%,线性度拟合系数为0.982,表现出优异的湿敏性能.     

紫外引发点击反应高效增强碳纳米管纤维的机械强度

为制备性能稳定的碳纳米管(CNT)纤维,利用高效简捷的硫醇-烯烃点击反应对CNT纤维进行改性,并研究了硫醇的官能度、含量等反应条件对功能化CNT纤维性能的影响以及增强机理.结果表明:在不破坏碳纳米管结构的前提下,在单根碳纳米管之间形成了交联结构.具有不同官能度的硫醇与原始碳纳米管纤维(PCNTs)的双键发生巯基-烯烃点...     

碳纳米管掺杂及其应用技术研究进展

作为一维纳米材料,碳纳米管(CNT)在电极材料、催化、吸附等诸多领域得到了广泛应用。为了改善CNT的电学、电化学、电催化等性能,可通过掺杂其他元素或化合物对其进行改性。本文综述了近年来CNT掺杂技术及其在燃料电池、锂离子电池、电容器和传感器中的研究进展。掺杂后的CNT常被用作燃料电池电极的催化剂或催化载体,增强了电极的电导率和稳定性;掺杂CNT结合锂盐制备的锂离子电池电极材料,可提高电极和电解质的导电性,最终改善锂离子电池的电化学性能;作为电容器的电极材料,掺杂CNT可提高离子和电子的传输效率,从而提高电容器的能量密度和功率密度;由掺杂CNT制备的复合薄膜作为传感材料,可使其表面活性位点增多,从而增强传感器对目标分析物的响应速度,改善传感器的灵敏度。     

PAN/CNT复合纳米纤维膜的制备及其红外辐射特性

采用静电纺丝技术制备了聚丙烯腈/碳纳米管(PAN/CNT)复合纳米纤维膜,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和拉曼光谱仪对CNT质量分数不同的PAN/CNT复合纳米纤维膜进行了表征和分析,并利用紫外可见近红外光谱仪和配备有积分球的傅里叶变换红外光谱仪对PAN/CNT复合纳米纤维膜在可见光和红外光段的辐射特性进行了测试和考察。结果表明:静电纺丝技术可制备CNT分布均匀的PAN/CNT复合纳米纤维膜;相较于纯PAN纳米纤维膜,PAN/CNT复合纳米纤维膜的可见光谱和红外光谱吸收率显著增强,且随着CNT质量分数的增加,复合纳米纤维膜的红外光谱吸收率呈增大趋势。研究结果为PAN/CNT复合纳米纤维膜在太阳能光热转化和中红外辐射领域的进一步应用提供了理论依据。     

CNT对树脂基和金属基材料的力学增强性能对比

碳纳米管（CNT）不仅具有质量轻、强度高等优异的力学性能,而且化学性质稳定、耐酸碱腐蚀,因此被广泛应用于复合材料中.为探究不同基体中CNT力学增强差异的原因,对CNT增强树脂基和铝合金基两种复合材料进行了准静态拉伸、三点弯和动态冲击实验,进一步揭示了CNT在不同基体中的增强机制.研究结果表明：CNT可以有效提高树脂材料拉伸强度和冲击吸能,并且发现当CNT质量分数为0.7%时增强效果最佳;而对于铝合金,添加CNT会降低材料强度,并且CNT质量分数越高,材料拉伸强度越低.金属基和树脂基加入CNT后力学增强效果不同的本质在于CNT与基体的界面结合性不同,树脂基初始状态为液体,固化后CNT可以填充在基体网络缝隙中,进而增强材料力学性能;而铝合金基为粉体,机械力分散使CNT产生损伤且CNT的存在导致粉体间缝隙变大,进而削弱材料力学性能.研究成果可为CNT复合材料的制备与优化提供参考.     

一种新型微机械红外热探测器的吸收层

在对新型微机械悬臂梁红外热探测器进行理论建模的基础上,研究了一种适合于此种红外热探测器的吸热层材料——碳纳米管.利用碳纳米管的红外吸收特性,在微机械悬臂梁上生长碳纳米管薄膜作为吸热层,提高了微机械悬臂梁红外探测器的红外吸收能力.研究结果表明,选用碳纳米管薄膜作为微机械悬臂梁红外热探测器的吸热层比选用传统的红外吸收层材料探测分辨率提高了10%,这种基于微电子机械系统技术的传感器与集成电路工艺是兼容的,成本低廉且适合批量生产.     

红外光激励的CNF复合微悬臂梁稳态响应特性

研究了红外光源激励下,以碳纳米管薄膜为吸光层的复合结构微悬臂梁的光热响应特性.建立了温度分布理论模型和光热挠曲理论模型,进而得到其一维温度分布与激光照射位置的关系.由光热挠曲模型,对碳纳米管薄膜的厚度进行了优化设计,最后计算得到微悬臂梁的挠曲量随激光功率线性增加,结果表明以碳纳米管薄膜作为吸光层的复合结构微悬臂梁使光热探测灵敏度提高了1.2倍.研究结果表明,该类碳纳米管薄膜为吸光层的复合结构微悬臂梁作为高灵敏度光热传感器的可能性.     

柔性微热剪切应力传感器阵列 

设计了一种基于微机电系统的、制备在柔性聚酰亚胺衬底上的双热线结构微型热剪切应力传感器阵列,可用于复杂形状物体表面所受剪切应力的矢量化测量.基于传感器的原理,用Comsol软件对传感器进行了温度场和流场的仿真,说明了传感器制作工艺流程,用硅橡胶与聚酰亚胺在酒精中浸泡后易于剥离的特点实现柔性传感器脱膜.对传感器实物进行了温度电阻系数和响应频率的测试.实验结果表明,设计的工艺路线简单,结构参数合理,可以实现所需柔性传感器阵列.
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微型电容式压力传感器硅基薄膜的设计与制备

获得均匀、平整的硅基薄膜是制备出高灵敏度的微型电容式压力传感器的关键步骤.首先在理论分析的基础上,确定了微型电容式压力传感器的基本参数,而后在制备中,发展了一种新型的硅基薄膜制作方法,即利用硅-玻璃键合工艺,结合浓KOH溶液超声腐蚀与化学机械抛光的方法,得到了厚度为10μm的均匀、平整的硅基薄膜,为制备微型压力传感器奠定了工艺基础,也可用于其他微机电系统(MEMS)压力传感器.     

基于多孔普鲁士蓝/金复合材料的酶电化学传感器的研究

以氢气泡为模板,利用电化学沉积等手段制备微/纳米多孔普鲁士蓝/金复合材料。通过化学修饰将葡萄糖氧化酶固定于复合材料表面,构建具有高灵敏度的电化学葡萄糖传感器,并采用计时电流法研究该传感器对葡萄糖的电化学催化活性。结果表明,该电化学传感器对葡萄糖的响应速度为7 s,检测线性范围为0.05~3.75 mmol/L。此外,该酶传感器还具有良好的重现性和稳定性。     

用于硝酸根浓度测量的反射式光纤SPR传感器

提出一种反射式光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器用来测量硝酸根浓度.传感器采用反射式结构,并利用金膜来激发SPR.制备铜纳米粒子/碳纳米管(copper-nanoparticles/carbon-nanotube, Cu-NPs/CNT)膜作为硝酸根浓度测量的敏感膜.当溶液中硝酸根浓度发生变化时,吸附在CNT上的由铜催化产生的氨气的浓度也会随之改变,导致CNT折射率发生改变,从而使SPR谐振波谷发生移动,进而实现硝酸根浓度测量.实验结果显示该传感器在低浓度区间内的平均灵敏度达到了14.14nm/lg［c/(mol·L^-1)］.这种传感器易于封装,可以应用于远距离测量,将在生物化学参量测量方面有着潜在应用.     

纳米氧化铈和碳纳米管修饰的过氧化氢传感器的研制

研制了一种基于碳纳米管(CNT)、纳米Ce O2、壳聚糖(CHIT)有机-无机复合膜作为固定基质的酶生物传感器,该复合膜结合了无机碳纳米管、纳米Ce O2和有机材料壳聚糖的优点,固定的辣根过氧化酶较好的保持了其生物活性.在优化测试条件下,连续加入相同量的H2O2,该传感器对H2O2的浓度变化产生迅速灵敏的响应,当过氧化氢溶液浓度在3.2×10-6~2.0×10-3mol/L之间变化时,电极对其浓度成线性关系,相关系数为0.978.该生物传感器具有响应速度快、灵敏度高、重现性好等特点,可用于实际样品的检测.     

基于碳纳米管负载四氧化三铁纳米粒子苯酚传感器的研究

在环己烷、乙醇和水的混合溶液中,采用共沉淀法制备四氧化三铁-碳纳米管复合材料(CNTs-Fe_3O_4),利用扫描电镜和傅里叶变换红外光谱对CNTs-Fe_3O_4进行了表征.将CNTs-Fe_3O_4水相分散液滴涂到磁性碳糊电极(MCPE)表面,制备出一种新型电化学苯酚传感器(CNTs-Fe_3O_4/MCPE),利用电化学交流阻抗技术和循环伏安法表征CNTs-Fe_3O_4/MCPE的制备过程.在优化条件下,利用CNTs-Fe_3O_4/MCPE对不同浓度苯酚进行检测,结果表明,其线性响应范围为1×10~(-6)~1×10~(-4)M,相关系数R=0.996,检测限为1.81×10~(-7)M(S/N=3).所制备的苯酚传感器响应迅速、稳定、灵敏度高,可用于对微量苯酚的检测,在环境监测领域具有潜在的应用价值.     

碳纳米管在化学分析中的应用进展

本文对碳纳米管的制备、功能化的发展进行了简要概述.碳纳米管不同的功能化后,可以增加和提高碳纳米管的性能,主要对碳纳米管的两种功能化手段进行了论述,功能化的碳纳米管采用不同的电极修饰方法,制备了不同用途的传感器.本文主要从碳纳米管的粉末微电极、碳纳米管糊电极、碳纳米管膜修饰电极三个方面来对碳纳米管近年来在化学分析中的具体应用作了讨论,并对今后的研究方向进行了展望.     

常规分析用吸烟机抽吸流量测定仪设计

采用32位微控制器、高灵敏度微压力传感器、16位高速模数转换器以及触摸屏,设计一种应用于常规分析用吸烟机的抽吸流量测定仪。通过抽吸容量测定和不同工作模式对比测试结果,表明该测定仪具有使用简便,数据一致性好,检测速度快等特点。     

碳纳米管增强铝基复合材料的力学和物理性能

采用磁力搅拌与放电等离子烧结技术制备了碳纳米管(CNT)增强铝基复合材料.对试样进行了扫描电镜和透射电镜表征,测试了试样的力学性能、摩擦性能、电学性能和热学性能.当碳纳米管在试样中的质量分数为1％时,可在铝基体中均匀分布且CNT/Al界面结合良好,此时试样的抗拉强度和硬度较纯Al分别提高了29.4％和15.8％.在获得最佳力学性能强化和最佳减磨效果的同时,试样电导率较纯Al仅降低8.0％.碳纳米管可提高基体的热导率,但强化效果不明显.     

二氧化钛/碳纳米管复合纳米材料的制备和表征

采用溶胶-凝胶法,以钛酸四丁酯为前驱体,分别制备了二氧化钛/碳纳米管(TjO,2,/CNT)复合纳米膜电极和TiO,2,/CNT复合纳米粉体材料,利用UV-Vis,EIS等方法对复合纳米膜电极进行了表征,利用SEM对TiO,2,/CNT复合纳米粉体材料进行了观察,并测定了该材料对甲基橙光降解的催化活性.结果表明,复合TiO,2,/CNT纳米材料比单独TiO,2,纳米材料具有更高的化学活性.     

一种新型光学微环谐振腔加速度传感器的研究

提出了一种跑道型谐振腔与固支梁相结合的新型加速度传感器结构.采用FDTD法分析了环形微环谐振腔和跑道型微环谐振腔的光谱特性,得出具有高值的跑道型微环谐振器更适用于作传感器件,利用输出光谱在加速度作用下产生漂移的特性测得了系统的加速度值.仿真结果表明：加速度值在0~50 范围内,系统的灵敏度可达到47.7 pm/ ,并且固支梁的厚度是影响系统灵敏度的重要因素.该结构为制备高灵敏度、低成本的微型加速度传感器提供了理论基础.