隨著電子產(chǎn)品向柔性化、集成化和小型化的方向發(fā)展,人們對(duì)智能化可穿戴紡織品的需求進(jìn)一步提升,電子紡織品（E-textiles）成為研究熱點(diǎn)。其中,具有力敏響應(yīng)特性的電子紡織品可以將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào),從而模擬甚至超越人體皮膚的功能,被廣泛用于生理信號(hào)探測(cè)與人機(jī)交互領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的采用透氣性差并且不可再生的彈性材料制備的柔性壓力傳感器相比,基于智能織物的柔性壓力傳感器具有柔軟舒適、易穿戴、耐洗滌、材料可再生等優(yōu)勢(shì),在織物襯底上構(gòu)建其它電子器件也具有巨大的潛力。本研究主要基于全織物基底來(lái)構(gòu)建柔性壓力傳感器,研究器件的制備工藝與性能,并進(jìn)一步擴(kuò)展可穿戴設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域。研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)部分:（1）設(shè)計(jì)和構(gòu)建了基于銀納米線導(dǎo)電織物的柔性壓力傳感器該器件采用浸涂法制備的銀納米線復(fù)合織物作為感應(yīng)層,在織物上絲網(wǎng)印刷的交叉電極作為底電極,工藝簡(jiǎn)單且適合大面積制備。該器件在寬的壓力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超高的探測(cè)靈敏度,大的開(kāi)關(guān)比,快速的響應(yīng)時(shí)間和低檢測(cè)限。通過(guò)對(duì)導(dǎo)電織物表面形貌、電學(xué)與力學(xué)特性的研究,揭示了此類(lèi)器件獲得優(yōu)異探測(cè)性能的原因。最后研究了該器件在手勢(shì)識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別和呼吸信號(hào)檢測(cè)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。（2）設(shè)計(jì)... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省211工程院校985工程院校教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

柔性壓力傳感器應(yīng)用于生理信號(hào)探測(cè)與人機(jī)交互領(lǐng)域[7]

有靈敏度高、線性度好、響應(yīng)快、穩(wěn)定性高以及成本低可大面積制造等優(yōu)點(diǎn)，此外，為了保證人體長(zhǎng)時(shí)間佩戴的舒適性，傳感器最好具有吸濕、柔軟、透氣等皮膚舒適的特性。然而，目前大部分柔性壓力傳感器很難兼顧上面優(yōu)點(diǎn)，顧此失彼，性能上很難滿(mǎn)足實(shí)際需求，制備方法復(fù)雜且成本較高，并且舒適性也有待提高[8-10]。而紡織品具有其獨(dú)特的特性，如重量輕、透氣性好、表面粗糙度大、耐磨以及保暖舒適性能，使得其特別適合于可穿戴傳感器件[3, 11, 12]。本論文從柔性壓力傳感器的材料選擇和制備工藝出發(fā)，旨在使用先進(jìn)的制備工藝在織物基底上構(gòu)建性能優(yōu)越、可大面積印刷、并且具有良好的穿戴舒適性的柔性壓力傳感器陣列并研究它們的實(shí)際應(yīng)用。1.2 柔性壓力傳感器的探測(cè)原理壓力傳感器感知外界的壓力信號(hào)，并且能按照一定的規(guī)律將其轉(zhuǎn)化為電學(xué)信號(hào)。柔性可穿戴壓力傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制主要分為壓阻、電容、壓電三大類(lèi)，如圖 1-2 所示。

并展示出了令人鼓舞的研究成果，例如發(fā)明了帶有觸覺(jué)反饋的假肢以及具有觸摸屏的電腦。直到二十世紀(jì)九十年代，使用了彈性材料的柔性電子器件在應(yīng)用方面取得了新的突破。特別是近十年來(lái)隨著納米領(lǐng)域的進(jìn)步，基于納米材料與彈性材料復(fù)合的柔性觸覺(jué)器件吸引了越來(lái)越多的科研工作者的研究，并得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了獲得高性能的柔性壓力傳感器，多種不同的技術(shù)手段被應(yīng)用到這一領(lǐng)域中來(lái)。在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新領(lǐng)域，相關(guān)微電子研究人員通過(guò)將微結(jié)構(gòu)引入傳感器也進(jìn)一步提升了器件的靈敏度[21, 22]；在材料領(lǐng)域中，研究人員主要通過(guò)使用新型的聚合物材料以及納米材料來(lái)提升靈敏度[19, 20]；于此同時(shí)，人們還在試圖集成多種柔性器件與柔性探測(cè)器結(jié)合到一起，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)新[23]；最后還通過(guò)不同的傳感機(jī)理進(jìn)行靈敏度提高方面的探索。在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，美國(guó)斯坦福大學(xué)的鮑哲楠組提出了一種新型的基于有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管壓力傳感器器件結(jié)構(gòu)（如圖 1-3 所示），其中場(chǎng)效應(yīng)管中關(guān)鍵的電介質(zhì)層采用通過(guò)硅基底構(gòu)建具有方錐型的 PDMS 材料，使器件在低壓力范圍內(nèi)的探測(cè)靈敏度增加到 0.55 kPa-1，可以準(zhǔn)確探測(cè)到一個(gè)蒼蠅的負(fù)載。此外，加載與卸載的響應(yīng)時(shí)間都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 1 秒。這種金字塔型微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被后來(lái)的研究者廣泛地借鑒[24]。


本文編號(hào)：3617980