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一种具有可拉伸电极的全柔性拉伸传感器研究

潘卫东  
【摘要】:随着智能产品的迅猛发展,柔性拉伸传感器由于其在可穿戴设备和智能机器人等领域具有巨大的潜在应用价值受到学者的广泛关注。为了改善传统传感器敏感单元与外接刚性电极对敏感单元的损坏等问题,将柔性可拉伸电极与敏感单元集成一体化制备拉伸传感器。本文对集成一体化拉伸传感器及其电极的导电特性和拉伸特性进行分析及实验研究。将单壁碳纳米/炭黑作为导电填料硅橡胶作为基体制备敏感单元导电纳米复合材料,将银粉/炭黑作为导电填料硅橡胶作为基体并加入化学试剂聚苯乙烯磺酸钠制备电极导电纳米复合材料,通过层层交叉涂敷的方式将电极和敏感单元涂敷于弹性棉线上制备一体化拉伸传感器。制备得到的电极具有可拉伸性(应变为20%),高导电性(初始电阻为1Ω),且经过拉伸后电阻基本保持不变。获得的可拉伸电极与敏感单元集成一体化拉伸传感器具有优良的线性、重复性、耐疲劳度、低的温度影响,并对一体化传感器的弯曲特性进行了测试研究。研究集成一体化拉伸传感器在可穿戴设备领域的应用,结果表明该传感器与现有的织物服饰具有较好的兼容性可用于人体监测运动,识别抓取物体大小等。设计并制造多维力检测结构,结果表明该结构能检测x、y、-x、-y、-z五个方向的力。使用全桥电路检测电路提高传感器的检测精度,对物体加速度和液体密度进行测试,结果表明传感器能够辨别出不同大小的加速度和不同密度的液体。该一体化拉伸传感器制备方法简单,成本低廉,工艺周期短,并且电极跟敏感单元均可拉伸,展现出独特的优点。


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