基于碳纳米材料的柔性应力传感器的研制

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柔性应变织物传感器研究进展

柔性应变织物传感器研究进展王双;刘玮;刘晓霞【摘要】Sensor is the essential part for smart textiles.With the excellent property of flexibility,flexible smart sensor can make the smart clothing maintain its comfortability.Especially,the flexible fabric stain sensor can fully realize the seamless integration with the clothing,which makes it has significant potential in smart textiles.Different methods to prepare the flexible fabric strain sensors and their sensing properties are introduced.%传感器是智能纺织品的重要组成部分.柔性智能传感器具有柔韧性好,可自由弯曲的特性,可使服装在获得智能化的同时保持其原有的舒适性能.以织物为基础的柔性应变传感器能够最大限度地实现与服装的无缝整合,在智能纺织品领域具有很高的应用价值.主要介绍了柔性应变织物传感器的不同制备方法及其应变传感特性.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2017(036)012【总页数】4页(P1-3,9)【关键词】传感器;柔性;应变;织物【作者】王双;刘玮;刘晓霞【作者单位】上海工程技术大学服装学院,上海201620;上海工程技术大学服装学院,上海201620;上海工程技术大学服装学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP212.6应变传感器是测量物体受力变形所产生应变的一类传感器[1]。

碳纳米管在电子器件中的应用研究

碳纳米管在电子器件中的应用研究在当今科技飞速发展的时代，电子器件的性能和功能不断提升，而材料的创新是推动这一进程的关键因素之一。

碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，在电子器件领域展现出了巨大的应用潜力。

碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，其直径通常在几纳米到几十纳米之间，长度可以达到微米甚至毫米级别。

由于其特殊的结构，碳纳米管具有出色的电学、力学和热学性能。

从电学性能方面来看，碳纳米管具有极高的载流子迁移率。

这意味着电子在碳纳米管中能够更加快速地移动，从而大大提高了电子器件的工作速度。

相比传统的半导体材料，如硅，碳纳米管的载流子迁移率可以高出几个数量级。

这使得基于碳纳米管的电子器件在高频应用中具有显著的优势，例如在通信领域中的射频器件。

在力学性能方面，碳纳米管具有极高的强度和韧性。

它们能够承受巨大的拉伸应力，同时还具有良好的柔韧性。

这种优异的力学性能使得碳纳米管可以用于制造高强度、高柔韧性的电子器件，如可穿戴设备和柔性显示屏。

热学性能也是碳纳米管的一大亮点。

它们具有出色的热导率，能够有效地将热量从电子器件中散发出去，从而提高器件的稳定性和可靠性。

这对于高功率电子器件来说尤为重要，能够避免因过热而导致的性能下降甚至损坏。

基于以上这些出色的性能，碳纳米管在众多电子器件中都有着广泛的应用。

在集成电路领域，碳纳米管有望取代硅成为下一代半导体材料。

由于其高载流子迁移率，基于碳纳米管的晶体管能够实现更小的尺寸和更快的开关速度，从而大幅提高集成电路的性能。

目前，研究人员已经成功地制造出了基于碳纳米管的晶体管，并且在性能方面取得了显著的突破。

在显示屏方面，碳纳米管可以用作场发射阴极材料。

传统的阴极射线管显示屏体积较大且能耗较高，而基于碳纳米管的场发射显示屏具有薄型化、低能耗和高亮度等优点。

此外，碳纳米管还可以用于制造柔性显示屏，为未来的显示技术带来了更多的可能性。

在传感器领域，碳纳米管也有着出色的表现。

柔性压力传感器应用与发展简析

柔性压力传感器应用与发展简析发表时间：2019-04-29T16:05:56.857Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：路林[导读] 摘要：柔性压力传感器是一种用于感知物体表面作用力大小的柔性电子器件，一般采用平面结构，可以通过点或者阵列的形式完成高密度、高柔韧性下的测量。

国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心天津市 300300 摘要：柔性压力传感器是一种用于感知物体表面作用力大小的柔性电子器件，一般采用平面结构，可以通过点或者阵列的形式完成高密度、高柔韧性下的测量。

柔性压力传感器能否兼具柔韧性和准确测量压力分布信息等功能成为人们关注的焦点。

因此，构建微结构是提高柔性压力传感器综合性能的有效途径，成为学术界和工业界的关注重点。

本文以专利分析为基础，对柔性压力传感器的应用于发展进行了简单的归纳和分析。

关键词：柔性；压力；传感器；电容；电阻；压电；压阻一、柔性压力传感器概述1.1柔性压力传感器压力传感器是使用最为广泛的一种传感器。

传统的压力传感器结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出。

随着半导体技术的发展，半导体压力传感器逐步发展，特别是MEMS技术的发展成熟，半导体传感器向着微型化发展，而且其功耗小、可靠性高。

随着材料科学、制作工艺和应用需求的迅猛发展，尤其是人体运动智能可穿戴设备中的柔性传感器己成为研究的热点。

柔性压力传感器是一种用于感知物体表面作用力大小的柔性电子器件，能贴附于各种不规则物体表面，在医疗健康、机器人、生物力学等领域有着广泛的应用前景[1]。

为了满足柔性界面、曲面和不规则形状界面上作用力测量的需求，柔性压力传感技术是在柔性的基板上形成具有轻、薄、小巧、可挠性特点的压力传感技术[2]。

1.2柔性压力传感器的类型柔性压力传感器按照感应材料可分为电容式传感器、电阻式传感器、压阻式传感器和压电式传感器。

电容式传感器由一个悬浮结构极板电容器组成，当极板或电极区域之间的距离在外力作用下时距离被缩短，从而产生两个电极之间的电容的变化。

柔性传感器材料的设计与制备

柔性传感器材料的设计与制备随着科技的不断发展，传感器在各个领域中起着至关重要的作用。

其中，柔性传感器作为一种新兴的传感器类型，具有轻薄、柔软、易弯曲等特点，正在逐渐得到广泛应用。

而柔性传感器材料的设计与制备则是实现柔性传感器性能优化的关键。

柔性传感器材料的设计首先需要考虑其感应性能。

传感器的感应性能是指传感器对外界某种物理量变化的灵敏程度和准确性。

因此，选择合适的感应材料至关重要。

常见的柔性传感器材料包括导电高分子材料、碳纳米管、柔性导电膜等。

这些材料具有良好的导电性和可塑性，能够在弯曲过程中保持传感器的导电特性，从而实现对外界物理信号的感应。

其次，柔性传感器材料的设计还需要考虑其力学性能。

柔性传感器作为一种柔软且易弯曲的传感器，其材料应具备一定的柔韧性和可扩展性。

因此，在材料设计中需要考虑弹性模量、拉伸强度等参数，以确保传感器在弯曲和拉伸等应力作用下不易断裂。

此外，材料的透明度也是设计柔性传感器的重要因素。

透明的材料可以使得传感器更加隐形，应用于可穿戴设备和智能家居等领域，提升用户体验。

柔性传感器材料的制备也是实现其性能优化的关键步骤。

目前，常见的柔性传感器材料制备方法包括溶液浸渍、蒸发冷冻、喷墨打印等。

溶液浸渍法适用于制备导电高分子材料和柔性导电膜，其步骤包括溶液制备、浸渍涂布、干燥等。

蒸发冷冻法适用于制备碳纳米管材料，通过冷冻时的析出现象获得均匀分散的碳纳米管膜。

而喷墨打印法则可以实现对导电材料的精确布局，提高传感器的空间分辨率和感应性能。

不仅如此，柔性传感器材料的制备还需要考虑其工艺条件和稳定性。

工艺条件包括温度、湿度等，这些因素对于柔性传感器材料的形态和性能具有重要影响。

而稳定性则保证了传感器在长期使用中的可靠性和稳定性。

因此，在制备过程中需要严格控制各项工艺参数，确保传感器材料的稳定性和一致性。

总之，柔性传感器材料的设计与制备是实现柔性传感器性能优化的关键步骤。

在设计上，需要考虑感应性能和力学性能，选择合适的材料以实现对外界物理信号的感应并保持传感器的柔软性。

柔性传感器的制备与性能研究

柔性传感器的制备与性能研究柔性传感器是一种新型的传感器技术，其可以根据被测量的对象的状态、形状和环境等因素而变化，能够实时监测和反映这些变化的情况。

它具有柔性和可重复性等特点，能够应用于多种领域，如智能机器人、医疗设备、智能家居等。

本文将介绍柔性传感器的制备方法和性能研究。

一、制备方法1.材料选择：柔性传感器的材料必须具有柔性、可塑性、导电性和灵敏性等特点，如聚合物材料、碳纳米管、金属微丝、碳黑等。

2.制备流程：柔性传感器的制备流程一般包括以下几个步骤：（1）原材料制备：将所选的材料进行加工、混合等处理，确保材料达到所需的性质；（2）材料修饰：将原材料进行表面化学修饰等处理，增强其与导电材料的附着能力和导电性；（3）导电层制备：将导电材料涂布或印刷在基底上，形成导电层；（4）敏感层制备：将敏感材料涂布或印刷在导电层上，形成敏感层；（5）传感器组合：将导电层和敏感层组合在一起，形成柔性传感器。

二、性能研究1.敏感性能：柔性传感器的敏感性能是指其对于被测量的物理量变化的反应程度，可以通过测量其电阻值的变化来反映敏感性能。

研究者可以通过改变敏感材料的种类和含量、导电层和敏感层的厚度和比例等因素来控制敏感性能。

2.可重复性：柔性传感器具有可重复使用的特点，可以重复测量同一物理量，并能够在一定范围内保持一定的精确度和稳定性。

因此，研究者需要对其可重复性进行测试，了解其实际使用中的精度和准确性。

3.环境适应性：柔性传感器可以应用于多种环境下，但在不同的环境中，其性能可能会发生变化。

因此，需要对其在不同的环境下进行测试，了解其适应性和稳定性。

4.应用研究：柔性传感器在医疗设备、机器人、智能家居等领域中的应用越来越广泛。

研究者可以通过实际应用中的反馈，进一步优化传感器的性能和结构。

总之，柔性传感器的制备与性能研究是一个不断探索和发展的过程。

在未来的研究中，我们需要进一步探索其机理，优化其结构和性能，并将其应用于更广泛的领域中。

基于纤维素材料的柔性应变传感器的研究进展

·纤维素基柔性应变传感器·基于纤维素材料的柔性应变传感器的研究进展吉喆1，2刘玺蝶1吕姝叡1华淑兰1许慧敏2陈夫山1（1.青岛科技大学海洋科学与生物工程学院，山东青岛，266042；2.山东世纪阳光纸业集团有限公司，山东潍坊，262400）摘要：近年来柔性应变传感器发展迅速，目前在个性医疗、运动监测、智能可穿戴等领域均有着广泛应用。

随着资源短缺、环境污染等问题的加剧，制备清洁绿色的柔性传感器成为研究热点。

纤维素材料以其自身储量丰富、可降解再生、易加工成多种结构等优势，为柔性应变传感器的制备和性能提升提供了新的发展方向。

本文对近些年以纤维素材料制得的柔性应变传感器的研究进行了总结，包括此类传感器的制备材料、性能改良和应用前景，以期为纤维素基柔性应变传感器的研究提供参考。

关键词：纤维素材料；柔性应变传感器；可穿戴中图分类号：TS79文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.12.014Research Progress of Flexible Strain Sensors Based on Cellulose MaterialsJI Zhe 1，2，*LIU Xidie 1LYU Shurui 1HUA Shulan 1XU Huimin 2CHEN Fushan 1（1.College of Marine Science and Bioengineering ，Qingdao University of Science and Technology ，Qingdao ，Shandong Province ，266042；2.Shandong Century Sunshine Paper Group Company Limited ，Weifang ，Shandong Province ，262400）（*E -mail ：jizhe@ ）Abstract ：In recent years ，studies have been developed rapidly in the field of flexible strain sensors because of their wide applications in per⁃sonality medicine ，sports detection ，wearable intelligent device and other relevant fields.Owing to concerns of resource shortage and envi⁃ronmental pollution issues ，it becomes a hot topic to develop clean and green flexible strain sensors.Cellulose is a nearly inexhaustible natu⁃ral material with many benefits such as renewable ，biodegradable and easy to be processed into diversified structure/shape.With its excel⁃lent properties ，cellulose materials provide a new study direction to prepare and improve performance of flexible strain sensors.In order to provide some references for the research ，recent development in study of flexible strain sensor based on cellulose material ，which includes material ，performance improvement and its application prospect were reviewed in this paper.Key words ：cellulosic material ；flexible strain sensor ；wearable传感器是将温度、湿度、声、光等物理化学刺激按照一定规律转化为电信号输出的一种检测装置[1]。

纳米医学中的柔性传感器设计与应用案例

纳米医学中的柔性传感器设计与应用案例柔性传感器是一种能够感知和检测物理量的传感器，其具有高度的柔性和可伸缩性，能够适应复杂的形状和曲率。

在纳米医学领域，柔性传感器的设计与应用具有重要意义，可以实现对人体健康状况的监测和诊断，为个性化医疗提供支持。

本文将介绍一些纳米医学中的柔性传感器设计与应用案例，包括基于纳米材料的柔性传感器、皮肤贴片式传感器和内置传感器等。

首先，基于纳米材料的柔性传感器是近年来纳米医学领域中的研究热点。

纳米材料具有独特的力学性能和电学性能，能够实现高灵敏度和高稳定性的传感器。

例如，研究人员使用碳纳米管作为传感器的工作电极，利用其高导电性和较小的尺寸，制备出一种用于监测肌肉活动的柔性传感器。

这种传感器可以实时记录肌肉收缩和张力变化，为康复医学和生理研究提供了重要数据。

其次，皮肤贴片式传感器是一种非侵入性的柔性传感器，可以直接附着在皮肤表面进行监测。

这种传感器通常由柔性材料和传感器芯片组成，能够实现对皮肤温度、心率、血压等生理指标的测量。

例如，一种基于纳米纤维技术的皮肤贴片式传感器可以实时监测血糖水平，并通过无线传输将数据发送给医生或患者。

这种传感器的使用方便、舒适、可靠，为糖尿病患者提供了便捷的自我监测手段。

此外，在纳米医学中，内置传感器是另一个重要的设计与应用案例。

内置传感器是指将传感器嵌入人体内部，实时监测生理参数，并通过无线通信将数据传输到外部设备。

例如，一种基于纳米纤维和微型电子技术的心脏植入传感器可以监测心脏活动、心率和血氧水平等重要指标。

这种传感器可以实时报告心脏的健康状况，为心脏病患者提供了全面的监测和诊断。

除了设计与应用案例，纳米医学中的柔性传感器还面临着一些挑战和未来发展方向。

首先，纳米材料在柔性传感器中的应用仍面临着制备工艺和成本控制等方面的困难。

其次，传感器的灵敏度和可靠性需要进一步提升，以满足临床需求。

另外，柔性传感器在生物兼容性和长期稳定性等方面还需要更多的研究和改进。

基于碳纳米管的柔性应变传感材料的制备及性能研究

基于碳纳米管的柔性应变传感材料的制备及性能研究基于碳纳米管的柔性应变传感材料的制备及性能研究摘要: 碳纳米管是一种具有优异力学和电学性质的新型材料，其在柔性应变传感领域具有广泛的应用前景。

本文通过对碳纳米管的制备方法和性能研究进行综述，介绍了碳纳米管作为柔性应变传感材料的优势，并通过实验验证了其在应变传感中的应用潜力。

1.引言柔性应变传感材料具有重要的应用价值，可以广泛应用于智能机器人、生物医学和电子设备等领域。

碳纳米管作为一种新兴材料，具有优越的力学性能和电学特性，被广泛研究和应用。

本文将探讨碳纳米管作为柔性应变传感材料制备的方法及其性能研究。

2.碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括电弧放电法、化学气相沉积法和热解法等。

其中，化学气相沉积法是目前应用最广泛的制备方法。

通过调节反应温度、催化剂和碳源等参数，可以控制碳纳米管的尺寸和结构。

此外，还可以通过掺杂其它元素，如硼、氮等，来改变碳纳米管的电学性能。

3.碳纳米管作为柔性应变传感材料的优势碳纳米管作为柔性应变传感材料具有以下几个优势。

首先，碳纳米管具有优异的柔性和机械强度，可以在受力变形时保持稳定的电学性能。

其次，碳纳米管具有较大的比表面积和高载流子迁移率，能够提高应变传感器的灵敏度和响应速度。

此外，碳纳米管还具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，可以适应复杂的工作环境。

4.碳纳米管柔性应变传感的性能研究通过将碳纳米管与柔性基底结合，可以制备出柔性应变传感器。

通过实验研究，发现碳纳米管柔性应变传感器具有良好的应变敏感性和稳定性。

在外加应变作用下，碳纳米管的电阻发生变化，可以通过测量电阻的变化来感知应变。

实验结果表明，碳纳米管柔性应变传感器具有较高的灵敏度和线性响应。

此外，对其温度稳定性和耐疲劳性的研究也表明其适用于各种工作条件。

5.碳纳米管柔性应变传感材料的应用前景碳纳米管柔性应变传感材料具有广泛的应用前景。

首先，它们可以应用于智能材料领域，实现智能机器人的应变感知和控制。

柔性压力传感器研究进展

柔性压力传感器研究进展杨海艳;李延斌;熊继军;陈晓勇;罗铭宇【摘要】简单介绍了柔性压力传感器的特点,着重阐述了柔性压力传感器工作原理的三种形式及常用的柔性材料,综述了其在人工电子皮肤、智能服装、可穿戴设备领域的应用,最后指出了柔性压力传感器发展过程中存在的问题并对其前景进行了展望.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2018(047)012【总页数】4页(P2701-2704)【关键词】柔性压力传感器;研究进展;应用【作者】杨海艳;李延斌;熊继军;陈晓勇;罗铭宇【作者单位】中北大学理学院,山西太原 030051;中北大学理学院,山西太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,山西太原 030051;中北大学化学工程与技术学院,山西太原 030051;中北大学理学院,山西太原 030051【正文语种】中文【中图分类】TQ050.4压力传感器是用来检测两个接触面之间表面作用力大小的电子器件[1]。

随着科学技术的快速发展，人们工作的环境更加趋于复杂化和多样化，对电子器件在柔韧性、便携性、可穿戴性等方面的要求越来越高。

传统的压力传感器由于大多以半导体刚性材料为主，柔韧性较差，已经很难适应下一代传感器在柔性和便捷性等方面的需求，其应用受到了限制[2]。

与传统的压力传感器相比，柔性压力传感器克服了易脆的缺点，并且具有尺寸小、重量轻、功耗低、易于集成并且耐恶劣工作环境等优点，成为了许多科研工作者的研究点，并在很多领域被广泛应用，比如健康监测、电子皮肤、生物医药、可穿戴电子产品等。

目前，在新一代柔性材料和传感技术的发展前提下，适应性良好、便携性高、灵敏度精确、稳定性好、响应度高、成本低廉等逐步成为柔性压力传感器的发展潮流。

但是，想要实现低成本制造分辨率高、灵敏度精确、响应迅速和可以进行复杂信号检测的柔性传感器依然是很难攻克的[3]。

本文简要介绍了柔性压力传感器的特性，着重阐述了柔性压力传感器工作原理的3种形式及常用的柔性材料，主要介绍了其在人工电子皮肤、智能服装、可穿戴设备领域的应用。

改性聚乙烯醇纳米银柔性应力传感器的制备及性能研究

改性聚乙烯醇/纳米银柔性应力传感器的制备及性能研究文 | 姚雪烽　熊佳庆　张德锁　林　红　陈宇岳作者简介：姚雪烽，女，1995年生，硕士在读，主要研究方向为柔性智能可穿戴器件。

通信作者：张德锁，副教授，E-mail ：dszhang@ 。

作者单位：姚雪烽、张德锁、林　红、陈宇岳，苏州大学纺织与服装工程学院；熊佳庆，东华大学纺织科技创新中心。

基金项目：中国博士后科学基金面上资助项目（2019M661931）；苏州市重点产业技术创新前瞻性应用研究项目（SYG201936）。

柔性传感器是指用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性，可自由弯曲或折叠，且结构形式灵活多样。

柔性传感器在弯曲和伸展下表现出良好的导电性和较好的响应性，因此在电子皮肤、医疗保健、航天航空、环境监测等领域受到广泛关注。

聚乙烯醇（PVA ）是常见的有机高分子材料，具有良好的成膜性和较高的拉伸强度，但柔韧性差、弹性形变低，限制了其在柔性传感材料中的应用。

此外，由于高分子材料的高黏度、低流动性，导电介质在基底材料中掺杂时往往会出现分布不匀、团聚等问题。

本研究以PVA 为基底材料，纳米银颗粒为导电介质，制备柔性应力传感器。

利用端氨基超支化聚合物（HBP －NH 2）对PV A 进行改性，使线性聚合物PV A 大分Preparation and Properties of Modified Polyvinyl Alcohol/Nano SilverFlexible Stress Sensor摘要：文章以聚乙烯醇（PVA ）为基材，利用端氨基超支化聚合物（HBP －NH 2）对其进行改性，并基于HBP －NH 2诱导原位调控生成纳米银的功能，在改性PVA 中组装纳米银，制备了改性PVA /纳米银柔性应力薄膜传感器。

研究了改性前后PVA 的化学结构，以及改性PVA /纳米银薄膜的力学性能和拉伸传感性能，结果表明：以丁二酸酐为中间体可以有效将HBP －NH 2接枝到PVA 大分子链上，改性后的PVA 薄膜断裂伸长率达到341%左右，同时HBP －NH 2在分子间的交联使得改性PV A 薄膜具有良好的拉伸回复性和耐疲劳性。

复合材料柔性传感器及其发展趋势

复合材料柔性传感器及其发展趋势随着电子设备的迅速发展，复合材料柔性传感器在可穿戴设备、健康监测以及智能机器人等方面的巨大发展潜力得到了广泛的关注和研究。

石墨烯作为新一代纳米级碳材料，具备良好的机械、导电性能以及传感功能性能，是制备复合材料传感器的理想材料。

本文主要介绍了当下比较热门的几种复合材料传感器，通过对它们目前相关性能研究探索了基于多种不同的复合材料在柔性传感器方面的应用现状。

标签：柔性传感器；灵敏度系数；石墨烯1 引言柔性传感器主要指采用柔性材料制造的传感器，具备良好的柔韧性、可拉伸性、可以自由弯曲甚至折叠，结构形式灵活多样，能够非常方便地对被测量进行检测。

而根据其功能的不同可分为柔性应变/应力传感器、柔性气体传感器、柔性湿度传感器、柔性温度传感器等，不同的功能主要取决于柔性传感器的敏感单元的选择。

而其中柔性应变/应力传感器主要是基于柔性导电材料和柔性基材，通过测量导电材料电阻值的变化检测应变和应力，其中应力传感器又主要以压力传感器为主。

目前柔性应变/应力传感器在电子皮肤、医疗保健、运动器材、等领域受到广泛应用[1，2]。

2 柔性传感器的传感机理柔性应变/应力传感器的传感机理是指传感器将被测的应变/应力信号转化为电信号的信号转换机制，主要分为压阻效应，电容效应和压电效应三大部分[3]。

主要通过灵敏度系数表明传感器的性能的高低。

（1）压阻式传感器主要功能是将外力转化为电阻的变化，由于外力会导致导电物质间导电路径的变化，进而会产生电阻的变化。

当导电复合材料在承受压力时，其内部导电物质间的间距会发生变化并且其本身在受力方向的尺寸也会发生变化，导致导电路径的增加并且路径距离增大或减小，进而使得复合材料的电阻值变化。

压阻式传感器普遍具有结构简单、组装简便、检测范围较宽和传感信号易于识别等特点，因此也是目前应用最广泛的传感器类型。

（2）电容式传感器主要基于电容器原理，传统的电容传感器主要是通过改变平行板的正对面积和平行板间距进而改变平行板间容纳电荷能力也就是电容，通过测量电容的变化来探测不同的力如压力、剪切力等。

柔性传感器的工作原理

柔性传感器的工作原理柔性传感器是一种可以适应曲面和不规则形状的传感器，其工作原理基于电阻变化或电容变化。

它由导电材料制成，具有柔软度和可变形性。

以下是柔性传感器的工作原理的详细解释：1. 压阻原理（压敏电阻）：柔性传感器中最常见的工作原理之一是压阻原理。

这种传感器使用了一种特殊的材料，称为压电材料或压阻材料。

当受到外力作用时，这些材料的电阻值会发生变化。

通常，压敏电阻材料是一种具有特殊电导性的材料，由碳纳米管或导电聚合物制成。

当传感器受到压力时，材料内部发生形变，从而导致电导性发生变化，产生电阻变化。

这种电阻变化可以通过连接到传感器的电路中的电压变化来测量和检测。

2. 电容原理：另一种常见的柔性传感器工作原理是电容原理。

电容传感器使用了一种可变电容材料，如弯曲传感器或变相移传感器。

当传感器受到外力作用时，材料的形状或相对位置发生变化，从而导致电容值的变化。

电容传感器通常由两个或多个电极组成，它们之间由一层电介质隔开，如空气或聚合物材料。

当传感器发生形变时，电极的距离或电介质的相对位置发生变化，导致电容值发生变化。

利用电容传感器的这种变化，可以测量和检测外部应力或物体的形变。

3. 形变传感原理：柔性传感器还可以利用形变传感原理工作。

在这种原理中，传感器的材料是可变形或有形变特性的。

一旦传感器受到外部压力或拉力，其材料将发生形变，从而导致电阻、电容或电感等电学特性的变化。

利用这些电学特性的变化，可以感知外界环境的压力或形变等物理量。

4. 光电传感原理：柔性传感器还可以利用光电传感原理工作。

在这种原理中，传感器材料中添加了光线敏感材料，如光敏电阻或其他光电器件。

这些材料对光线的照射非常敏感，当受到外部压力或形变时，其电导性或光吸收特性会发生变化。

利用这种变化，可以通过光照射测量和检测外部压力或形变。

总结起来，柔性传感器的工作原理基于电阻变化、电容变化、形变特性或光电特性等。

这些原理使得柔性传感器能够适应各种曲面形状和不规则物体的变形，并能够精确地测量和检测外部应力、形变或物理量。

电化学传感器用碳材料的制备及应用综述

电化学传感器用碳材料的制备及应用综述摘要：近年来电化学传感器由于对痕量物质检测敏感，被广泛应用于环境保护监测及医学检测等相关领域，由于碳材料具有成本低廉、检测灵敏度高、操作简单等优势，使其在电化学传器的制备过程脱颖而出。

本文综述了新型碳纳米材料、改性碳材料的制备及其修饰电极用作电化学传感器在痕量检测方面的作用。

关键词：传感器、改性、氮良好的导电、导热性，比表面积大是新型碳纳米材料具有的显著特征，使其能满足电化学传感器的性能需求，为了提高进一步碳纳米材料的电催化活性、稳定性、检测灵敏度等高性能电化学传感器需求，研究者采用不同类型的原子、分子等对碳材料进行掺杂，发现改性后的碳材料性能有明显的提升。

相比于传统化学的测定方法，成本低，操作简单，灵敏度高等优势成为改性碳材料修饰电极的一大特点。

目前关于改性碳材料的研究很多，普遍应用于一些环境或人体体液中微量物质含量的测定。

本文对新型碳纳米材料（碳纳米管、石墨烯和多孔碳）的制备方法，单独氮掺杂碳材料和复合材料掺杂碳材料的制备及其修饰电极作为电化学传感器在微量物质含量测定方面的应用进行详细的介绍。

1、改性碳材料在电化学传器的制备过程的应用应用于电化学传感器中的碳材料能够促进电子的移动和降低电化学氧化还原中的过电位作用[1]。

由于通过物理化学的方法对原型碳材料（新型碳纳米材料如碳纳米管、石墨烯、多孔碳等）进行改性掺杂其他类型的原子、分子等，使之提高电化学传感器的性能。

1.1碳纳米管碳纳米管具有高比表面积，良好的导电和机械性能，在电化学领域前景广阔。

碳纳米管的制备有两种方法：一是电弧放电、激光烧蚀法等热处理法，二是化学气相沉积法[2]。

电弧放电、激光烧蚀法是利用电弧放电或激光烧蚀将石墨加热到3000-4000℃，使碳原子挥发，从而生成碳纳米管[2]。

但热处理的方法制得的碳纳米管副产物较多，为了解决这个问题，在使用电弧法的过程中，Ebbesen[3]等人发现采用在空气中加热的方法可以除去副产物，制得纯的多壁碳纳米管。

柔性传感器的开发及其应用研究

柔性传感器的开发及其应用研究随着信息技术的不断发展，无线传感器网络和物联网的出现使得大数据时代的到来，而传感器作为智能化控制的重要组成部分，对于人们的生活和工作产生了深刻的影响。

目前，传感器在各个领域都有应用，其中柔性传感器因其具有柔性和高灵敏性的特点，正越来越受到人们的重视。

本文将介绍柔性传感器的开发及其应用研究。

一、柔性传感器的定义和特点柔性传感器是指由柔性基材和敏感材料组成的可弯曲、可拉伸、可压缩、可换能的传感器，是一种新型的传感器，其灵敏度高、可靠性强、适应性好、易于制造和加工。

柔性传感器有许多的特点，如下：1. 柔性：柔性传感器不同于传统的刚性传感器，其基材可以弯曲和拉伸，在应用时可以适应多种复杂的环境。

2. 高灵敏度：柔性传感器在变形或压缩时，其敏感材料能够产生微小的电信号或变化，从而反映出被测量物的状态。

3. 稳定性强：柔性传感器由于其基材和敏感材料的特性，具有高抗干扰性和稳定性。

4. 易于制造：柔性传感器制造工艺简单，通过薄膜工艺或3D打印技术可以快速、低成本、量产化地制造。

二、柔性传感器的开发方法柔性传感器的开发方法主要包括两个方面：基材的选择和敏感材料的选择。

基材是柔性传感器的基础，选择合适的基材可以保证柔性传感器具有良好的柔性和弹性；敏感材料是柔性传感器的核心，其质量和特性会直接影响到传感器的灵敏度和可靠性。

1. 基材的选择目前常见的柔性传感器基材主要包含：聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、橡胶材料等。

聚酯薄膜是一种广泛应用的基材，具有良好的可加工性和化学稳定性，其适用于制造弯曲、拉伸和压缩型传感器。

聚酰亚胺薄膜具有高强度、高温性能和优良的抗化学蚀刻性，同时其可弯曲性好，适用于制造高精度、高灵敏度的传感器。

橡胶材料是一种弹性材料，其柔韧性好，在应用时能够适应多种复杂的环境，适用于多种传感器的制造。

2. 敏感材料的选择敏感材料是柔性传感器的核心，它的质量和特性会直接影响到传感器的灵敏度和可靠性。

新型传感器材料的研究与应用

新型传感器材料的研究与应用在当今科技飞速发展的时代，传感器作为获取信息的关键器件，其性能和应用范围的拓展在很大程度上依赖于新型传感器材料的研发。

新型传感器材料的出现不仅为传感器技术带来了新的突破，还在众多领域如医疗、环保、工业生产等发挥着日益重要的作用。

传感器的基本原理是将被测量的物理量、化学量或生物量等转换为电信号或其他易于处理和传输的信号。

而传感器材料则是决定传感器性能的核心因素之一，包括灵敏度、选择性、稳定性、响应时间等。

传统的传感器材料，如金属、半导体等，在某些特定应用中已经逐渐显露出局限性。

例如，在一些高精度、高灵敏度的测量场景中，传统材料可能无法满足要求；在复杂环境下，其稳定性和可靠性也面临挑战。

因此，新型传感器材料的研究成为了当今材料科学和传感器技术领域的热门课题。

一种备受关注的新型传感器材料是纳米材料。

纳米材料具有独特的物理、化学和电子特性，如量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等。

这些特性使得纳米材料在传感器应用中表现出卓越的性能。

以纳米金为例，由于其良好的导电性和表面等离子共振特性，被广泛应用于生物传感器中。

通过修饰纳米金表面的生物分子，可以实现对特定生物标志物的高灵敏度检测，如蛋白质、核酸等。

此外，纳米碳材料如碳纳米管和石墨烯也展现出巨大的潜力。

碳纳米管具有优异的电学性能和机械强度，能够作为敏感元件构建高性能的化学传感器和压力传感器。

石墨烯则因其超高的载流子迁移率和巨大的比表面积，在气体传感器和生物传感器领域有着广阔的应用前景。

有机半导体材料也是新型传感器材料的重要组成部分。

与传统无机半导体相比，有机半导体具有柔韧性好、成本低、可大面积制备等优点。

其中，共轭聚合物如聚苯胺、聚噻吩等在化学传感器和生物传感器中得到了广泛研究。

这些聚合物在与被检测物质相互作用时，其电学性能会发生显著变化，从而实现对目标物质的检测。

此外，有机小分子半导体如酞菁类化合物和卟啉类化合物在光传感器和气体传感器方面也表现出良好的性能。

rGO∕MWCNT∕PDMS_复合柔性压力传感器的制备与性能

第３１卷㊀第５期２０２３年９月现代纺织技术ＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.５Ｓｅｐ.２０２３ＤＯＩ:１０.１９３９８∕ｊ.ａｔｔ.２０２２１１０２３ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的制备与性能陈㊀岭１ꎬ任㊀孟２ꎬ张德锁２(１.国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心ꎬ江苏苏州㊀２１５１６３ꎻ２.苏州大学纺织与服装工程学院ꎬ江苏苏州㊀２１５０２１)㊀㊀摘㊀要:为开发具有较高灵敏度和稳定性的电容式柔性压力传感器ꎬ以聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)为基体ꎬ通过方糖颗粒造孔ꎬ并掺杂多壁碳纳米管(ＭＷＣＮＴ)和还原氧化石墨烯(ｒＧＯ)ꎬ制备了ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ多孔复合柔性压力传感器ꎮ比较研究了单一掺杂ＭＷＣＮＴ和复合掺杂对提升传感器灵敏度的作用ꎬ分析了不同掺杂后ＰＤＭＳ多孔海绵的结构以及掺杂含量对灵敏度的影响ꎬ测试了传感器的响应时间㊁迟滞性㊁循环稳定性等关键传感特性ꎬ探讨了其在智能可穿戴纺织品中的应用可行性ꎮ结果表明:添加ｒＧＯ的共混掺杂能够有效改善ＭＷＣＮＴ掺杂时的团聚问题ꎬ保持ＰＤＭＳ基海绵的多孔结构ꎬ并有效提升了压力传感器的灵敏度ꎮ当ＭＷＣＮＴ与ｒＧＯ质量比为１ʒ１ꎬ掺杂含量为２.５％时ꎬｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的灵敏度最高ꎬ在０~０.５ｋＰａ压强范围内的灵敏度达到了０.３１３ｋＰａ－１ꎬ是纯ＰＤＭＳ的４倍多ꎮ同时ꎬ该柔性压力传感器还表现出较快的响应时间ꎬ极小的迟滞误差ꎬ良好的循环稳定性和力学稳定性ꎮ利用该柔性压力传感器所设计的智能鞋垫对不同脚部压力作用表现出良好的响应反馈ꎬ展现出其在智能可穿戴产品中的广阔应用前景ꎮ关键词:压力传感器ꎻ聚二甲基硅氧烷ꎻ多壁碳纳米管ꎻ还原氧化石墨烯中图分类号:ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００９￣２６５Ｘ(２０２３)０５￣００２２￣０８收稿日期:２０２２１１１１㊀网络出版日期:２０２３０２２１基金项目:苏州市重点产业技术创新前瞻性应用研究项目(ＳＹＧ２０１９３６)作者简介:陈岭(１９８５ )ꎬ女ꎬ湖北孝感人ꎬ副研究员ꎬ硕士ꎬ主要从事功能与智能纤维材料及器件方面的研究ꎮ通信作者:张德锁ꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｄｓｚｈａｎｇ＠ｓｕｄａ.ｅｄｕ.ｃｎ㊀㊀近年来ꎬ随着可穿戴电子设备的快速发展ꎬ柔性电子器件逐渐成为各领域研究和应用的热点ꎮ特别是纺织行业ꎬ将柔性电子器件与纺织材料相结合ꎬ开发智能纺织品是纺织产业未来发展的重要方向[１]ꎮ其中ꎬ柔性压力传感器作为信息交互的关键元器件ꎬ由于其在健康检测㊁电子皮肤㊁人机交互㊁柔性触屏等领域的广阔应用前景而备受关注[２￣４]ꎮ柔性压力传感器根据其传感机制一般分为压阻式㊁电容式㊁压电式ꎬ其中电容式压力传感器因其结构简单㊁灵敏度高㊁动态响应快等特点ꎬ被广泛研究和应用[５]ꎮ感应灵敏度和稳定性是柔性压力传感器在实际应用中面临的主要技术瓶颈ꎬ而电容式柔性压力传感器的灵敏度是器件受力时电容值的变化幅度ꎬ这与介质层的介电常数㊁电极的有效面积㊁电极间的距离有关[６]ꎮ因此ꎬ研究人员通过构筑电极的表面微结构ꎬ使得受压时增加极板间的有效相对面积来提升灵敏度ꎬ但该方法提升效果有限ꎬ并且工艺复杂ꎬ易在多次循环后造成结构破坏ꎬ稳定性降低[７]ꎮ而通过改变介质层的介电性能ꎬ工艺简单㊁性能稳定ꎬ成为开发高性能柔性压力传感器的有效途径[８]ꎮ聚二甲基硅氧烷(ＰＤＭＳ)因其具有良好的弹性和回复性能ꎬ保证了柔性压力传感器对外力的形变反馈和长期的循环稳定ꎬ被广泛应用于开发柔性压力传感器ꎮ通过构筑多孔ＰＤＭＳ海绵使其受力时更易形变ꎬ以及掺杂导电填料ꎬ如石墨烯㊁碳黑㊁碳纳米管㊁纳米银线等ꎬ来提高介质层的有效介电常数ꎬ是提高ＰＤＭＳ压力传感器灵敏度的常用方法[９￣１０]ꎮ但相关导电填料的填充仍存在一些问题ꎬ如碳纳米管的分散性较差ꎬ并且随着添加量的增加ꎬ碳纳米管更易发生团聚ꎬ介电损耗也就越大ꎮ如何在渗流阈值的前提下获得低介电损耗和高介电常数的介电复合材料是制备高灵敏度柔性压力传感器的关键ꎮ相关研究表明ꎬ通过多元复合ꎬ利用不同导电材料间的相互协同作用ꎬ可有效提高达到渗流阈值时的掺杂含量[１１]ꎮ本文以ＰＤＭＳ为基材ꎬ利用方糖颗粒造孔ꎬ制备多孔ＰＤＭＳ海绵ꎬ同时复合掺杂多壁碳纳米管(ＭＷＣＮＴ)和还原氧化石墨烯(ｒＧＯ)ꎬ构建电容式柔性压力传感器的弹性介电层材料ꎮ研究掺杂含量对柔性压力传感器灵敏度的影响ꎬ传感器的响应时间㊁迟滞性和循环稳定性等性能ꎬ并简单设计基于此柔性压力传感器的智能鞋垫ꎬ探讨其应用性能ꎮ１㊀实㊀验１.１㊀材料和试剂ＳＹＬＧＡＲＤ１８４硅橡胶套装(ＰＤＭＳꎬ美国道康宁公司)ꎬ多壁碳纳米管(ＭＷＣＮＴꎬ江苏先丰纳米材料科技有限公司)ꎬ还原氧化石墨烯(ｒＧＯꎬ青岛天源达石墨有限公司)ꎬ太古方糖(市售)ꎮ１.２㊀复合柔性压力传感器的制备将糖块放入研钵中研磨成粉末ꎬ并用１００目的分样筛去除较大颗粒ꎮ称取一定量的ＭＷＣＮＴ和ｒＧＯ粉末置于研钵内ꎬ加入适量筛选出的糖颗粒一起研磨ꎬ使ＭＷＣＮＴ㊁ｒＧＯ与糖颗粒充分混合ꎮ接着ꎬ称取适量的ＰＤＭＳ预聚物加入烧杯中ꎬ按照ＰＤＭＳ与固化剂质量比例为１０ʒ１向烧杯中加入固化剂ꎬ并充分搅拌ꎮ然后ꎬ将ＣＮＴ㊁ｒＧＯ与糖颗粒的混合物加入到烧杯中ꎬ继续充分搅拌ꎬ控制糖与ＰＤＭＳ的质量比为１ʒ１ꎬ调节ＣＮＴ㊁ｒＧＯ与糖混合时的添加量控制其在ＰＤＭＳ中的比例ꎮ将搅拌均匀的混合物置于密闭容器中抽真空以去除气泡ꎬ接着倒入压片器内进行压片定型ꎮ将定型后的样品放入到烘箱内ꎬ在８０ħ的温度下固化８ｈꎮ取出固化好的样品放入到烧杯中ꎬ加入适量的去离子水ꎬ在５０ħ震荡水浴锅内震荡２４ｈ使糖颗粒溶解ꎬ得到ＰＤＭＳ基多孔海绵ꎮ最后ꎬ将ＰＤＭＳ基多孔海绵放入６０ħ烘箱内烘干ꎬ用导电胶带贴覆于海绵的上下两个表面作为柔性电极ꎬ并引出测试导线ꎬ得到电容式复合柔性压力传感器ꎮ１.３㊀测试与表征１.３.１㊀ＰＤＭＳ基多孔海绵的微观形貌观察利用导电胶将制备得到的不同ＰＤＭＳ基多孔海绵贴于电镜台上ꎬ喷金９０ｓ后置于Ｓ￣４８００型冷场发射扫描电子显微镜(ＳＥＭꎬ日本日立公司)真空腔中ꎬ在３ｋＶ电压ꎬ１０ｍＡ电流下ꎬ观察样品的形貌结构ꎮ１.３.２㊀传感器的灵敏度测试利用ＨＰ￣５数显推力计(智取精密仪器有限公司)与ＶＣ４０９０Ａ型ＬＣＲ数字电桥(深圳辉达隆电子科技有限公司)对复合柔性压力传感器的感应性能进行测试ꎮ将复合柔性压力传感器放置于推力计装置的平台上ꎬ并与ＬＣＲ数字电桥相连ꎬ然后对传感器施加不同的压力ꎬ记录不同压力下的电容数据ꎬ计算得到不同压强下的电容变化率曲线ꎮ１.３.３㊀传感器的响应时间测试选取不同重量的砝码ꎬ将砝码平行置于传感器正上方ꎬ迅速释放ꎬ然后快速取走ꎬ利用ＲＳＴ５０００型电化学工作站(苏州瑞思泰电子有限公司)记录传感器的电容变化情况ꎮ１.３.４㊀传感器的迟滞性测试采用数显推力计对复合柔性压力传感器进行逐步施压和撤去压力ꎬ通过ＬＣＲ数字电桥测试其电容变化ꎬ并对施加压力后和撤去压力后的电容变化情况进行比较ꎬ以验证传感器的迟滞性ꎮ１.３.５㊀传感器的稳定性测试将复合柔性压力传感器置于Ｉｎｓｔｒｏｎ３３６５万能材料试验机(美国英斯特朗公司)上ꎬ通过导线与ＬＣＲ数字电桥相连ꎬ测试复合柔性压力传感器在１０％㊁２０％和３０％不同压缩形变下的循环稳定性ꎬ以及３０％形变下２００次重复循环的稳定性ꎮ１.３.６㊀传感器弹性稳定性测试采用Ｉｎｓｔｒｏｎ３３６５万能材料试验机测试３０％形变循环压缩３００次和５００次后的ＰＤＭＳ基多孔海绵的应力应变曲线ꎬ并对曲线进行比较ꎮ１.３.７㊀智能鞋垫应用设计与测试将多个复合柔性压力传感器安置于鞋垫下ꎬ主要分布于前脚掌㊁脚跟㊁大拇指和中部区域ꎮ传感器与ＬＣＲ数字电桥相连ꎬ模拟人体步行时脚掌的接触状态ꎬ检测鞋垫的信号输出ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀ＰＤＭＳ基多孔海绵的结构将研磨后的方糖颗粒与ＰＤＭＳ混合并固化成型ꎬ通过溶解去除糖颗粒得到多孔ＰＤＭＳ海绵ꎬ并在混合成型的过程中掺杂ＭＷＣＮＴ和ｒＧＯꎬ制备了３２第５期陈㊀岭等:ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的制备与性能ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合海绵和ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合海绵ꎮ首先ꎬ对所制备的纯ＰＤＭＳ海绵和掺杂后的复合海绵的外观形貌进行了观察ꎬ如图１所示ꎮ从图１中可以看出ꎬ纯ＰＤＭＳ海绵为乳白色多孔结构ꎬ而掺杂ＭＷＣＮＴ后的复合海绵呈灰白色ꎬ掺杂ｒＧＯ和ＭＷＣＮＴ的复合海绵呈黑色ꎬ这是由ＭＷＣＮＴ和ｒＧＯ自身的颜色引起的ꎮ将３种海绵切断后ꎬ利用ＳＥＭ对其内部微观形貌结构进行了观察ꎮ如图１所示ꎬ纯ＰＤＭＳ海绵内部呈多孔结构ꎬ且孔较复合海绵大ꎬ放大后可以发现其孔壁光滑ꎮ而掺杂ＭＷＣＮＴ的复合海绵内部存在大量颗粒物ꎬ孔结构不清晰ꎬ局部放大后发现颗粒物的表面附着大量ＭＷＣＮＴꎬ这是由于碳纳米管不易分散ꎬ在ＰＤＭＳ基体中团聚引起的ꎮ当加入ｒＧＯ一起共混掺杂时ꎬ复合海绵内部孔结构较单一掺杂ＭＷＣＮＴ时清晰ꎬ局部放大后发现其表面结构粗糙ꎬ并未发现明显的碳纳米管材料ꎬ这是由于微米级宽度尺寸的ｒＧＯ在共混时包覆ＭＷＣＮＴꎬ这将有利于促进ＭＷＣＮＴ的分散ꎬ保持ＰＤＭＳ良好的弹性多孔结构ꎮ图１㊀复合海绵的实物图和ＳＥＭ图Ｆｉｇ.１㊀ＰｈｙｓｉｃａｌｐｉｃｔｕｒｅｓａｎｄＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｏｎｇｅｓ２.２㊀复合柔性压力传感器的灵敏度为了分析掺杂ＭＷＣＮＴ和ｒＧＯ对提升传感器灵敏度的作用ꎬ首先在ＰＤＭＳ海绵中掺杂了质量分数为１％的ＭＷＣＮＴ或ｒＧＯꎬ制备了ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ和ｒＧＯ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器ꎬ测试了不同压强下的电容变化率ꎬ结果见图２ꎮ从图２中可以看出ꎬ在３ｋＰａ以内曲线的斜率明显提高ꎬ即柔性压力传感器的灵敏度增加ꎮ这是由于掺杂的ＭＷＣＮＴ或ｒＧＯ之间形成微电容ꎬ并产生界面极化ꎬ介质层的介电常数增加ꎬ因此传感器的灵敏度升高[６]ꎮ并且掺杂ｒＧＯ的复合柔性压力传感器优于掺杂ＭＷＣＮＴ的传感器ꎬ可能是由于ｒＧＯ较ＭＷＣＮＴ具有更高的比表面积ꎬ片层间更容易形成微电容ꎮ在０~０.５ｋＰａ压强范围内ꎬ纯ＰＤＭＳ㊁１％ＭＷＣＮＴ和１％ｒＧＯ复合柔性压力传感器的灵敏度分别为０.０７５㊁０.１１７㊁０１５１ｋＰａ－１ꎮ在此基础上ꎬ继续掺杂１％的ＭＷＣＮＴ４２现代纺织技术第３１卷或ｒＧＯꎬ制备得到掺杂含量为２％的ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ和ｒＧＯ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器ꎮ可以看出ꎬ随着ＭＷＣＮＴ含量的增加ꎬＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的灵敏度上升ꎬ０~０.５ｋＰａ压强范围内其灵敏度为０.１４２ｋＰａ－１ꎮ而当掺杂ｒＧＯ含量达到２％时ꎬ超过了其渗流阀值ꎬ无法作为电容式柔性压力传感器使用ꎮ当共掺杂１％的ｒＧＯ和１％的ＭＷＣＮＴꎬ制备得到１％ｒＧＯ＋１％ＭＷＣＮＴ的ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器时ꎬ其灵敏度发生了显著的增加ꎬ说明ｒＧＯ和ＭＷＣＮＴ的共掺杂有效提升了复合柔性压力传感器的灵敏度ꎬ０~０.５ｋＰａ压强范围内其灵敏度为０.２８０ｋＰａ－１ꎮ将ｒＧＯ和ＭＷＣＮＴ按质量比１ʒ１混合添加ꎬ制备了不同掺杂含量的复合柔性压力传感器ꎬ其灵敏度如图３所示ꎮ从图３中可以看出ꎬ随着掺杂含量的增加ꎬ复合柔性压力传感器的灵敏度先增加后减小ꎬ当添加含量为２.５％时ꎬ灵敏度最高ꎮ这是由于虽然导电填料的添加有利于提高介质层的介电常数ꎬ但添加量过多时则形成导电通路ꎬ增加介电损耗ꎮ０~０５ｋＰａ压强范围内的ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的灵敏度值见表１ꎬ从表中数据可以看出ꎬ在该压强范围内ꎬ纯ＰＤＭＳ柔性压力传感器的灵敏度为０.０７５ｋＰａ－１ꎬ当掺杂０.５％的ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ后ꎬ其灵敏度即可提高近一倍ꎮ而当掺杂量为２.５％时ꎬｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的灵敏度值达到了０.３１３ｋＰａ－１ꎬ是纯ＰＤＭＳ的４倍多ꎮ图２㊀掺杂不同材料时复合柔性压力传感器的灵敏度Ｆｉｇ.２㊀Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｄｏｐｅｄｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀图３㊀不同掺杂含量时ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的灵敏度Ｆｉｇ.３㊀ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ表１㊀０~０.５ｋＰａ压强范围内ｒＧＯ和ＭＷＣＮＴ不同掺杂含量的复合柔性压力传感器的灵敏度值Ｔａｂ.１㊀ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｖａｌｕｅｓｏｆｒＧＯａｎｄＭＷＣＮＴｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｐｉｎｇｃｏｎｔｅｎｔｓｗｉｔｈｉｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ０~０.５ｋＰａｒＧＯ＋ＭＷＣＮＴ质量分数∕％０.００.５１.０１.５２.０２.５３.０３.５灵敏度∕ｋＰａ－１０.０７５０.１４２０.１７８０.２４１０.２８００.３１３０.２６００.２０３２.３㊀复合柔性压力传感器的响应时间传感器的响应时间是传感器对外界作用力的反应速度ꎬ决定了器件使用过程中信号的采集速度和用户使用体验ꎮ实验中选取不同质量的砝码ꎬ以２５％掺杂量灵敏度最优的复合海绵为材料ꎬ并通过裁剪尺寸调节ꎬ得到压强为１.０㊁２.５㊁５０ｋＰａ的测试样品ꎬ测试了迅速施加压力和撤去压力时的响应时间ꎬ如图４所示ꎮ从图４中可以看出ꎬ当施加的压强为１ｋＰａ时ꎬ加载响应时间为０２ｓꎬ卸载响应时间为０.３ｓꎬ卸载响应时间大于加载响应时间归因于聚合物的粘弹性性质ꎬ这与现有的研究结果一致[１２]ꎮ随着所施加的压强增大ꎬ柔性压力传感器的加载响应时间和卸载响应时间均变长ꎬ这是因为随着压强的持续增加ꎬ被压缩时复合海绵的变形程度就越大ꎬ所需要的形变响应时间就越长ꎮ５２第５期陈㊀岭等:ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的制备与性能图４㊀ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器在不同压强作用下的响应时间Ｆｉｇ.４㊀ＲｅｓｐｏｎｓｅｔｉｍｅｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｒｅｓｓｕｒｅｖａｌｕｅｓ２.４㊀复合柔性压力传感器的迟滞性迟滞性反映了柔性压力传感器在压力持续增加和衰减的两个过程中ꎬ信号输出的一致性程度ꎮ图５为ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器在０~０.５ｋＰａ范围增压和减压过程中的电容变化信号ꎬ从图中可以看出ꎬｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器具有极小的迟滞误差ꎬ信号点基本重合ꎬ迟滞特性优良ꎬ表明在撤去压力后ꎬ该传感器可以很好地恢复而不被破坏ꎮ图５㊀ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的迟滞特性Ｆｉｇ.５㊀ＨｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓ２.５㊀复合柔性压力传感器的循环稳定性为了验证ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器在使用过程中的稳定性ꎬ首先在不同压缩形变量下进行多次压缩循环ꎬ观察信号输出的稳定性ꎬ如图６(ａ)所示ꎮ从图６(ａ)中可以看出ꎬ在压缩形变为１０％㊁２０％和３０％的条件下ꎬ传感器均能在多次循环中输出稳定的电容变化率信号ꎬ波峰和波谷基本一致ꎬ并且随着形变量的增加ꎬ电容变化率也逐渐增加ꎮ接着ꎬ在３０％的大形变下压缩循环２００次ꎬ结果如图６(ｂ)所示ꎮ可以发现ꎬ经过２００次压缩循环ꎬ传感器仍能保持稳定的响应ꎬ未发现明显的信号衰减和变形ꎬ这得益于ＰＤＭＳ优异的回弹性能ꎬ导电填料在ＰＤＭＳ基体中良好的分散性和结构稳定性ꎮ图６㊀ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的循环稳定性Ｆｉｇ.６㊀ＣｙｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓ６２现代纺织技术第３１卷２.６㊀复合柔性压力传感器的力学稳定性为进一步验证ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的结构稳定性ꎬ在３０％压缩形变下ꎬ继续循环压缩至５００次ꎬ并选取测试了压缩３００次和５００次后的柔性压力传感器的应力应变曲线ꎬ结果如图７所示ꎮ从图７中可以看出ꎬ压缩３００次和５００次后的应力应变曲线基本重合ꎬ只发生微小的应力下降ꎬ说明对其结构的破坏很小ꎬ经过５００次循环压缩后仍可以恢复到原来的尺寸ꎬ具有优异的回弹性能ꎬ这是保证其循环稳定性的重要原因ꎮ２.７㊀复合柔性压力传感器的应用分析研究人员发现超过１∕３的跑步人员会有不同程度的膝盖损伤ꎬ其中错误的跑步姿势是其主要原因之一[１３]ꎮ通过纠正脚部着地方式可以帮助人们改善跑步姿势ꎬ远离受伤的威胁ꎮ基于ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器优异的灵敏度和循环稳定性能ꎬ设计了一款可以检测脚底压力的简易智能鞋垫ꎬ如图８所示ꎮ将多个电容式柔性压力传感器分别安装在鞋垫的不同受力区域ꎬ再将鞋垫放置于上层以组成三明治结构的智能鞋垫ꎬ并连接好导线用以检测足底压力的分布ꎮ如图８(ｄ) (ｆ)所示ꎬ测试了人体正常行走的３个必要过程ꎬ即脚跟着地㊁脚掌着地和前脚着地ꎬ相应的３Ｄ柱状图显示了这３个过程的压力分布ꎮ随着脚部着地方式的变化ꎬ所对应的压力分布也就不同ꎬ并且传感器的电容变化率可以有效的反应脚掌各部位的承力大小ꎬ通过对运动过程中信号数据的分析可为运动姿势的改正提供良好的指导ꎮ该简易智能鞋垫的制作显示了柔性压力传感器与可穿戴纺织品的成功结合ꎬ表现了柔性压力传感器在可穿戴智能纺织品领域具有巨大的应用前景ꎮ图７㊀ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器多次循环压缩后的应力应变曲线Ｆｉｇ.７㊀Ｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓａｆｔｅｒｒｅｐｅａｔｅｄｃｙｃｌｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ图８㊀复合柔性压力传感器对脚着地方式的检测Ｆｉｇ.８㊀Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｏｏｔｃｏｎｔａｃｔｔｙｐｅｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓ７２第５期陈㊀岭等:ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的制备与性能３㊀结㊀论以ＰＤＭＳ为柔性基体ꎬ方糖颗粒为造孔剂ꎬ并掺杂ＭＷＣＮＴ和ｒＧＯꎬ制备了多孔海绵状电容式ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器ꎮ通过添加ｒＧＯ的共混复合掺杂改善了单一ＭＷＣＮＴ掺杂时分散不匀的问题ꎬ并有效提高了柔性传感器的灵敏度ꎮ当掺杂含量为２.５％时ꎬｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器在０~０.５ｋＰａ压强范围内的灵敏度达到了０.３１３ｋＰａ－１ꎬ是纯ＰＤＭＳ海绵的４倍多ꎮ该柔性压力传感器具有较快的响应时间ꎬ极小的迟滞误差ꎬ良好的循环稳定性和力学稳定性ꎮ智能鞋垫的应用示范研究结果表明了其在智能可穿戴柔性电子领域广阔的应用前景ꎮ参考文献:[１]ＺＨＡＮＧＹＦꎬＺＨＯＵＪＨꎬＺＨＡＮＧＹꎬｅｔａｌ.Ｅｌａｓｔｉｃｆｉｂｅｒｓ∕ｆａｂｒｉｃｓｆｏｒｗｅａｒａｂｌｅｓａｎｄｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０２２ꎬ９(３５):ｅ２２０３８０８.[２]ＬＥＥＪꎬＫＩＭＳꎬＬＥＥＪꎬｅｔａｌ.Ａｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅｓｔｒａｉｎｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎａｍｅｔａｌｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｔｈｉｎｆｉｌｍｆｏｒｈｕｍａｎｍｏｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ[Ｊ].Ｎａｎｏｓｃａｌｅꎬ２０１４ꎬ６(２０):１１９３２￣１１９３９. [３]田明伟ꎬ张高晶ꎬ曲丽君ꎬ等.导电纤维及其传感器在可穿戴智能纺织品领域的应用[Ｊ].纺织高校基础科学学报ꎬ２０２１ꎬ３４(３):５１￣５９.ＴＩＡＮＭｉｎｇｗｅｉꎬＺＨＡＮＧＧａｏｊｉｎｇꎬＱＵＬｉｊｕｎꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｆｉｂｅｒｓａｎｄｉｔｓｆｌｅｘｂｌｅｓｅｎｓｏｒｓｉｎｗｅａｒａｂｌｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｔｅｘｔｉｌｅｓｆｉｅｌｄ[Ｊ].ＢａｓｉｃＳｃｉｅｎｃｅｓＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｅｘｔｉｌｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｉｅｓꎬ２０２１ꎬ３４(３):５１￣５９. [４]ＷＡＮＧＣＹꎬＸＩＡＫＬꎬＺＨＡＮＧＭＣꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｌ￣ｓｉｌｋ￣ｄｅｒｉｖｅｄｄｕａｌ￣ｍｏｄｅＥ￣ｓｋｉｎｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０１７ꎬ９(４５):３９４８４￣３９４９２.[５]ＡＮＢＷꎬＨＥＯＳꎬＪＩＳꎬｅｔａｌ.Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔａｃｔｉｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｋｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１８ꎬ９(１):１￣１０.[６]徐国际ꎬ张文磊ꎬ李廷鱼ꎬ等.基于ＭＷＣＮＴ￣ＰＤＭＳ高灵敏度电容式柔性压力传感器[Ｊ].微纳电子技术ꎬ２０２１ꎬ５８(１０):９２０￣９２５.ＸＵＧｕｏｊｉꎬＺＨＡＮＧＷｅｎｌｅｉꎬＬＩＴｉｎｇｙｕꎬｅｔａｌ.ＨｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃａｐａｃｉｔｉｖｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎＭＷＣＮＴｓ￣ＰＤＭＳ[Ｊ].ＭｉｃｒｏｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２１ꎬ５８(１０):９２０￣９２５.[７]ＬＩＴꎬＬＵＯＨꎬＱＩＮＬꎬｅｔａｌ.Ｆｌｅｘｉｂｌｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔａｃｔｉｌｅｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｍｉｃｒｏｐａｔｔｅｒｎｅｄｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｌａｙｅｒ[Ｊ].Ｓｍａｌｌꎬ２０１６ꎬ１２(３６):５０４２￣５０４８.[８]ＬＩＸＳꎬＷＡＮＧＹＭꎬＨＯＵＹꎬｅｔａｌ.Ｇｒａｐｈｅｎｅｎａｎｏｓｈｅｅｔ∕ＣｕｎａｎｏｗｉｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｅｒｏｇｅｌｗｉｔｈａｔｈｉｎＰＤＭＳｃｏａｔｉｎｇｆｏｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｉｎｇｒｕｂｂｅｒ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２０２１ꎬ１４０:１０６１９２.[９]ＹＯＯＮＳＧꎬＣＨＡＮＧＳＴ.ＭｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｃａｐａｃｉｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｉｏｎｉｃｌｉｑｕｉｄｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓａｎｄＣＮＴ∕ＰＤＭＳｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｏｒｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｓｅｎｓｉｎｇｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙＣꎬ２０１７ꎬ５(８):１９１０￣１９１９. [１０]ＺＨＡＮＧＹＬꎬＧＵＯＸꎬＷＡＮＧＷꎬｅｔａｌ.Ｈｉｇｈｌｙｓｅｎｓｉｔｉｖｅꎬｌｏｗｈｙｓｔｅｒｅｔｉｃａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｓｔｒａｉｎｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｅｃｏｆｌｅｘ￣ＡｇＮＷｓ￣ＭＷＣＮＴｓｆｌｅｘｉｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＳｅｎｓｏｒｓＪｏｕｒｎａｌꎬ２０２０ꎬ２０(２３):１４１１８￣１４１２５. [１１]ＷＥＩＴꎬＳＯＮＧＬＰꎬＺＨＥＮＧＣꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｓｙｎｅｒｇｙｏｆａｔｈｒｅｅｆｉｌｌｅｒｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１０ꎬ６４(２１):２３７６￣２３７９.[１２]ＬＯＬＷꎬＺＨＡＯＪＹꎬＷＡＮＨＣꎬｅｔａｌ.Ａｓｏｆｔｓｐｏｎｇｅｓｅｎｓｏｒｆｏｒｍｕｌｔｉｍｏｄａｌｓｅｎｓｉｎｇａｎｄｄｉｓｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅꎬｓｔｒａｉｎꎬａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ[Ｊ].ＡＣＳＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓꎬ２０２２ꎬ１４(７):９５７０￣９５７８. [１３]母应秀.青少年中长跑运动员身体运动功能评价指标体系构建及其在下肢运动损伤的实证研究[Ｄ].北京:首都体育学院ꎬ２０２２:１６￣２１.ＭＵＹｉｎｇｘｉｕ.ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆＥｖａｌｕａｔｉｏｎＩｎｄｅｘＳｙｓｔｅｍｏｆＳｐｏｒｔＦｕｎｃｔｉｏｎｏｆＡｄｏｌｅｓｃｅｎｔＭｉｄｄｌｅａｎｄＬｏｎｇＤｉｓｔａｎｃｅＲｕｎｎｅｒｓａｎｄＩｔｓＥｍｐｉｒｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｎＬｏｗｅｒＬｉｍｂＳｐｏｒｔｓＩｎｊｕｒｙ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣａｐｉｔａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎａｎｄＳｐｏｒｔｓꎬ２０２２:１６￣２１.８２现代纺织技术第３１卷ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓＣＨＥＮＬｉｎｇ１ꎬＲＥＮＭｅｎｇ２ꎬＺＨＡＮＧＤｅｓｕｏ２(１.ＰａｔｅｎｔＥｘａｍｉｎａｔｉｏｎＣｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ(Ｊｉａｎｇｓｕ)ＣｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅＰａｔｅｎｔＯｆｆｉｃｅꎬＣＮＩＰＡꎬＳｕｚｈｏｕ２１５１６３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｘｔｉｌｅａｎｄＣｌｏｔｈｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｏｃｈｏｗＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｕｚｈｏｕ２１５０２１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗｅａｒａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｉｎｄｕｓｔｒｙａｌｌｏｖｅｒｔｈｅｗｏｒｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｇｒｅａｔｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｒｏｓｐｅｃｔｓ.Ａｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｇｒｏｗｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｗｅａｒａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｄｅｖｉｃｅｓｆｌｅｘｉｂｌｅｗｅａｒａｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｈａｓｇｒａｄｕａｌｌｙｂｅｃｏｍｅｔｈｅｆｏｃｕｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｉｎｔｈｅｔｅｘｔｉｌｅｆｉｅｌｄ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍａｓａｋｅｙｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｍｕｃｈａｔｔｅｎｔｉｏｎｄｕｅｔｏｉｔｓｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｓｉｎｈｅａｌｔｈｄｅｔｅｃｔｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｋｉｎｈｕｍａｎ￣ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｔｏｕｃｈｓｃｒｅｅｎａｎｄｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｉｔｓｓｅｎｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｅｇｅｎｅｒａｌｌｙｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅａｎｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｏｎｅｓ.Ｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｒｅｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓ.ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｄｅｖｅｌｏｐａｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗｉｔｈｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｅｘｃｅｌｌｅｎｔｓｔａｂｉｌｉｔｙａｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｏｒｏｕｓｃａｐａｃｉｔｉｖｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｉｎｔｈｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｗｉｔｈｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅＰＤＭＳａｓｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｍｕｌｔｉ￣ｗａｌｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓＭＷＣＮＴａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅｒＧＯａｓｆｉｌｌｅｒｓ.Ａｎｄｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｆｏｒｍｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓｕｇａｒｐａｒｔｉｃｌｅｔｅｍｐｌａｔｅ.ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｉｎｇｌｅｄｏｐｉｎｇｗｉｔｈＭＷＣＮＴａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｏｐｉｎｇｗｉｔｈＭＷＣＮＴａｎｄｒＧＯｏｎｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ.ＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰＤＭＳｓｐｏｎｇｅａｆｔｅｒｄｏｐｉｎｇｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｙｓａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｋｅｙｓｅｎｓｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｕｃｈａｓｒｅｓｐｏｎｓｅｔｉｍｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓａｎｄｃｙｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ.Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗｅａｒａｂｌｅｔｅｘｔｉｌｅｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｌｅｎｄｉｎｇｄｏｐｉｎｇｗｉｔｈｒＧＯｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｆＭＷＣＮＴｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｄｉｓｐｅｒｓｉｂｌｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｔｈｅｄｏｐｅｄｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｄｉｕｍｍａｉｎｔａｉｎｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰＤＭＳｓｐｏｎｇｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒ.ＷｈｅｎｔｈｅｍａｓｓｒａｔｉｏｏｆＭＷＣＮＴｔｏｒＧＯｉｓ１１ａｎｄｔｈｅｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓ２.５％ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｒｅａｃｈｅｓｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｖａｌｕｅ.Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｒｅａｃｈｅｓ０.３１３ｋＰａ－１ｉｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒａｎｇｅｏｆ０~０.５ｋＰａｗｈｉｃｈｉｓｍｏｒｅｔｈａｎｆｏｕｒｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｐｕｒｅＰＤＭＳｓｐｏｎｇｅａｎｄｍｏｒｅｔｈａｎｔｗｉｃｅｏｆｍｏｎｏ￣ｄｏｐｅｄＭＷＣＮＴｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｍａｓｓｒａｔｉｏ.Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒａｌｓｏｓｈｏｗｓｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅｍｉｎｉｍａｌｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｅｒｒｏｒｇｏｏｄｃｙｃｌｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ｔｈｅｓｔｒａｉｎ￣ｓｔｒｅｓｓｃｕｒｖｅｓｏｆ３００ａｎｄ５００ｃｙｃｌｅｓｏｆｃｙｃｌｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｔ３０％ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ.Ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｉｎｓｏｌｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｈｏｗｓｇｏｏｄｒｅｓｐｏｎｓｅｆｅｅｄｂａｃｋｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｏｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｉｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｐｏｒｔｓｓｈｏｅｓａｓａｆｌｅｘｉｂｌｅｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒｕｎｉｔｆｏｒｒｅｃｏｒｄｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｚｉｎｇａｔｈｌｅｔｅｓ'ｒｕｎｎｉｎｇｐｏｓｔｕｒｅｄａｔａｓｈｏｗｉｎｇａｂｒｏａｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｗｅａｒａｂｌｅｐｒｏｄｕｃｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｒｅｓｓｕｒｅｓｅｎｓｏｒＰＤＭＳＭＷＣＮＴｒＧＯ９２第５期陈㊀岭等:ｒＧＯ∕ＭＷＣＮＴ∕ＰＤＭＳ复合柔性压力传感器的制备与性能。

《面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备及性能研究》

《面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备及性能研究》一、引言随着可穿戴电子设备和柔性电子技术的快速发展，柔性应变传感器因其独特的机械性能和电学性能受到了广泛关注。

其中，碳纳米复合水凝胶作为一种新型的柔性材料，因其具有高灵敏度、高延展性及良好的生物相容性等特点，在柔性应变传感器领域具有广阔的应用前景。

本文将重点研究面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备方法及其性能表现。

二、碳纳米复合水凝胶的制备（一）实验材料实验所需材料包括：碳纳米管、水凝胶基材、交联剂、催化剂等。

所有材料均需经过严格的筛选和预处理，以保证实验的准确性和可靠性。

（二）制备方法本实验采用溶液共混法和原位聚合法相结合的方法制备碳纳米复合水凝胶。

首先，将碳纳米管与水凝胶基材在溶剂中混合均匀，然后加入交联剂和催化剂，通过原位聚合法使碳纳米管与水凝胶基材形成复合结构。

最后，通过冷冻干燥和热处理等工艺，得到碳纳米复合水凝胶。

三、性能研究（一）力学性能通过拉伸测试、压缩测试等方法，研究碳纳米复合水凝胶的力学性能。

实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有优异的拉伸性能和压缩性能，能够适应各种复杂的应力环境。

（二）电学性能利用四探针法、电导率测试等方法，研究碳纳米复合水凝胶的电学性能。

实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有良好的导电性能和灵敏度，能够实时监测应变变化。

（三）柔韧性和稳定性通过弯曲、扭曲等实验，研究碳纳米复合水凝胶的柔韧性和稳定性。

实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有良好的柔韧性和稳定性，能够在各种环境下保持优异的性能表现。

四、应用前景碳纳米复合水凝胶作为一种新型的柔性材料，在柔性应变传感器领域具有广阔的应用前景。

它可以应用于人体运动监测、智能穿戴设备、机器人等领域，为柔性电子技术的发展提供新的可能性。

五、结论本文研究了面向柔性应变传感器的碳纳米复合水凝胶的制备方法及其性能表现。

实验结果表明，碳纳米复合水凝胶具有优异的力学性能、电学性能、柔韧性和稳定性，能够满足柔性应变传感器的应用需求。

新型柔性传感器设计及其应用研究

新型柔性传感器设计及其应用研究柔性传感器指的是一种柔性材料制成的传感器，在张力、压力、形变等方面具有灵活的应答能力，因此在许多领域中有广泛的应用。

新型柔性传感器设计及其应用研究成为当前科技研究中非常热门的领域，这篇文章将从传感器的设计与制造、材料特性分析、测试技术的研究等方面进行探讨。

一、传感器的设计与制造新型柔性传感器的设计与制造需要综合考虑传感器的灵敏度、可重复性、噪声特性等因素。

目前，柔性传感器的设计和制造主要包括三个步骤：材料选择、结构设计、制备、加工和测试等。

其中，材料选择是决定传感器性能的关键步骤，新型柔性传感器的材料选择包括了十分广泛的范围，例如：聚合物基复合材料、金属基复合材料、纳米材料等等。

在材料选择之后，还需要结合传感器的功能和需求，进行不同的结构设计和加工处理，最终实现传感器的制备和测试。

二、材料特性分析柔性传感器材料的特性是决定传感器性能的重要因素。

传感器材料主要分为有机和无机材料两种，无机材料具有高稳定性和高灵敏性，但材料本身较脆弱，加工难度较大；有机材料具有材料选型广泛、制备过程简单等优势，但稳定性与灵敏性相对较低。

在实际应用中，选择材料要综合考虑传感器的需要和性能需求，进行合理的材料选择与设计。

三、测试技术的研究新型柔性传感器的测试技术是保证其应用可靠性的关键因素之一。

研究人员在测试过程中主要研究了传感器的灵敏度、温度特性、噪声等方面的问题，开发了一系列测试方案，如：力学测试、电学测试、热力学测试等。

这些测试技术为新型柔性传感器的应用成功打下了坚实的基础。

四、新型柔性传感器的应用研究新型柔性传感器的应用范围十分广泛，可以应用于灵巧机器人、生物医学、智能家居等领域。

例如，在灵巧机器人领域，柔性传感器可以应用于机器人动作控制、传感器网络等方面，提升灵巧机器人的智能水平；在生物医学领域，应用于人体语音信号识别、脑机接口等方面，进一步提升生物医学诊断治疗效果。

综上所述，新型柔性传感器设计及其应用研究是当前科技研究领域中的一项十分重要的研究方向。