柔性納米褶皺及其非接觸式力學(xué)信息測量方法研究.pdf

1、近年來，柔性電子、仿生皮膚、可穿戴電子等柔性傳感技術(shù)成為國內(nèi)外研究的熱點之一，以柔性傳感技術(shù)替代傳統(tǒng)的傳感技術(shù)，顛覆了對傳統(tǒng)電子器件、傳感器件及系統(tǒng)等形態(tài)和功能的認(rèn)知。柔性傳感技術(shù)通過柔性功能單元感知力學(xué)信號觸發(fā)，實現(xiàn)對柔性形態(tài)系統(tǒng)的測量。
　　目前柔性形態(tài)系統(tǒng)中力學(xué)信號測試主要有兩種方法：力電敏感檢測和力光敏感檢測方法。通過力敏功能單元感知力學(xué)信號，結(jié)合測試電路進(jìn)行信號處理實現(xiàn)信號傳感，但存在著拉伸導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂、引線互連接口脫落

2、、功能單元與金屬粘附等問題。
　　本課題研究了一種柔性系統(tǒng)力學(xué)信息非接觸式測量方法，開展了基于納米褶皺結(jié)構(gòu)的金屬導(dǎo)電電線結(jié)構(gòu)制造、非接觸式信號讀取與解算方法、聚合物表面聯(lián)合改性技術(shù)以及矢量信息檢測方法研究。
　?。?）開發(fā)了柔性金屬納米褶皺導(dǎo)電電線結(jié)構(gòu)制備工藝和PDMS雙面正交褶皺結(jié)構(gòu)的可控制造方法。研究了表面聯(lián)合改性工藝提高了金屬和聚合物的粘附性能，制備了直徑為50μm的金屬納米褶皺導(dǎo)電電線結(jié)構(gòu)，可拉伸導(dǎo)電性能達(dá)到襯底的預(yù)

3、拉伸極限200％，電阻誤差小于4%，經(jīng)過400次的重復(fù)性測試后，該結(jié)構(gòu)的電阻變化僅為1.1Ω，具有良好的重復(fù)性，且研究了各向異性和各向同性柔性金屬納米褶皺導(dǎo)電電線結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域。
　　（2）研究了柔性系統(tǒng)力學(xué)信息非接觸式檢測結(jié)構(gòu)制造及測量方法。設(shè)計了一種柔性LC振蕩電路的振動頻率變化來進(jìn)行力學(xué)信號檢測方法，采用碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)信息檢測，作為LC振蕩電路的電容結(jié)構(gòu)；以柔性金屬納米褶皺電感結(jié)構(gòu)作為非接觸式讀出結(jié)構(gòu)，應(yīng)變?yōu)?/p>

4、100%時，誤差優(yōu)于5%，溫度系數(shù)優(yōu)于0.003℃-1，相對濕度系數(shù)優(yōu)于0.00075RH%-1；以此設(shè)計了非接觸式力學(xué)信息檢測結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)了對手指運動信息的檢測。
　?。?）研究了矢量信息解算方法及應(yīng)用實現(xiàn)。利用雙面正交褶皺在力學(xué)信息作用下的產(chǎn)生的相反的衍射光斑位移和光強(qiáng)信息，實現(xiàn)對單軸向和矢量力學(xué)信息的定量檢測，結(jié)合自主開發(fā)的信息解算方法，矢量應(yīng)力/應(yīng)變信息測量誤差小于0.6%，矢量位移信息測量誤差小于0.4%，實現(xiàn)了對柔性系