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復合材料柔性傳感器及發展趨勢
論文類別:專家論文
作 者:佚名
所在地區:復合材料柔性傳感器及發展趨勢
下載次數:149
摘 要:
    摘要:隨著電子設備的迅速發展,復合材料柔性傳感器在可穿戴設備、健康監測以及智能機器人等方面的巨大發展潛力得到了廣泛的關注和研究。石墨烯作為新一代納米級碳材料,具備良好的機械、導電性能以及傳感功能性能,是制備復合材料傳感器的理想材料。本文主要介紹了當下比較熱門的幾種復合材料傳感器,通過對它們目前相關性能研究探索了基于多種不同的復合材料在柔性傳感器方面的應用現狀。
    關鍵詞:柔性傳感器;靈敏度系數;石墨烯
    1引言
    柔性傳感器主要指采用柔性材料制造的傳感器,具備良好的柔韌性、可拉伸性、可以自由彎曲甚至折疊,結構形式靈活多樣,能夠非常方便地對被測量進行檢測。而根據其功能的不同可分為柔性應變/應力傳感器、柔性氣體傳感器、柔性濕度傳感器、柔性溫度傳感器等,不同的功能主要取決于柔性傳感器的敏感單元的選擇。而其中柔性應變/應力傳感器主要是基于柔性導電材料和柔性基材,通過測量導電材料電阻值的變化檢測應變和應力,其中應力傳感器又主要以壓力傳感器為主。目前柔性應變/應力傳感器在電子皮膚、醫療保健、運動器材、等領域受到廣泛應用[1,2]。
    2柔性傳感器的傳感機理
    柔性應變/應力傳感器的傳感機理是指傳感器將被測的應變/應力信號轉化為電信號的信號轉換機制,主要分為壓阻效應,電容效應和壓電效應三大部分[3]。主要通過靈敏度系數表明傳感器的性能的高低。(1)壓阻式傳感器主要功能是將外力轉化為電阻的變化,由于外力會導致導電物質間導電路徑的變化,進而會產生電阻的變化。當導電復合材料在承受壓力時,其內部導電物質間的間距會發生變化并且其本身在受力方向的尺寸也會發生變化,導致導電路徑的增加并且路徑距離增大或減小,進而使得復合材料的電阻值變化。壓阻式傳感器普遍具有結構簡單、組裝簡便、檢測范圍較寬和傳感信號易于識別等特點,因此也是目前應用最廣泛的傳感器類型。(2)電容式傳感器主要基于電容器原理,傳統的電容傳感器主要是通過改變平行板的正對面積和平行板間距進而改變平行板間容納電荷能力也就是電容,通過測量電容的變化來探測不同的力如壓力、剪切力等。電容式傳感器的主要特點是其對于力的敏感性比較強,可以實現用較低的能耗來檢測微小的靜態力,具備良好的線性響應。(3)壓電式傳感器主要是利用壓電材料在機械力的作用下可以產生電荷的特性,通過檢測壓電材料在受到外力的作用時產生的電信號來探測機械力的。壓電材料的壓電特性主要是由電偶極矩的存在導致的,而電偶極矩的主要是靠取向的非中心對稱晶體或孔中持續存在電荷的多孔駐極體。壓電材料的主要性能參數就是壓電系數,它是用來衡量壓電材料能量轉換效率的物理量,直接關系到壓電式傳感器的性能。壓電式傳感器的靈敏度普遍較高,但是其柔性和拉伸性能有限并且制備過程相對復雜。

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