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3D打印成就的高性能柔性传感器典范

3D打印成就的高性能柔性传感器典范

更新时间: 2024-12-16 15:05:05  查看次数: 125    
3D打印导电硅橡胶(CSR)来做出性能优良的柔性传感器作为目标,提出了衡量 CSR 中填料分散情况的方法,设计出了导电性好、保形性也好的 CSR,确定了 CSR 的 3D 打印工艺以及柔性传感器的制作工艺,测试了传感器对外部载荷的电学反应情况,最后还研究了传感器对人体运动信号的检测能力,主要的结论有这些:提出了用分散系数来表示填料分散程度的评价方法。通过对二维微观形貌照片进行灰度提取和计算,就能得到指定深度填料的分散系数,这个分散系数可以很明显地表示出 CSR 样品是均匀的还是不均匀的;在同样的分散条件下,CSR 里的填料越多,它的分散性就越好。
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设计了用于 3D 打印 CSR 的基础配方和 3D 打印工艺。C - 170AGF(15CF)这种材料,它的导电性能和工艺性能都很适合用来制作柔性传感器。碳纤维(CF)和 1,2 - 丙二醇一起配合,能形成稳定的支架结构,这样就能阻止银镀玻璃纤维(AGF)沉降;一体化成型的嵌入式打印方法,打印效率挺高的,适合用来制作单丝型的结构。制作出了以导电橡胶作为感应部件的阵列式柔性电容压力传感器(FACS)和 FSRS,这两种传感器对外部载荷都有很好的响应。FACS 可以检测空间里压力的分布情况。当一个单元的电容受到压力的时候,它的电容值会有很明显的改变,把电极之间连接线的宽度变小,就能减轻相邻电容之间的干扰。
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FSRS 对拉伸应变载荷的反应很明显,而且和加载的速率没有关系。这个传感器的灵敏度大概是 10,它的电阻反应和它内部的微观结构变化是一致的。受到拉力的时候,传感器里面的导电纤维会倾向于转到拉伸的方向,它比较高的灵敏度是因为拉伸方向上纤维有比较大的分离量。FSRS 对循环载荷的响应很稳定,而且还能够检测出周期载荷的频率和强度。传感器在 3 个周期内就能很快达到稳定状态;它的电阻响应从 1.02 降到 1.0;通过快速傅里叶变换(FFT)分析,传感器识别出来的特征峰频率和双频机械叠加载荷的频率是一样的,而且它对关节弯曲角度、频率以及双关节叠加运动都能有对应的反应,这就证明了这个传感器在柔性电子器件里是有应用前景的。 

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