哈工大《Carbon》:基於石墨納米片的高靈敏度柔性應變傳感器

2020-12-15 材料分析與應用

本文要點：

一種基於石墨納米片（GNP）的簡便的電容式拉伸應變傳感器

成果簡介

柔性應變傳感器作為智能可穿戴設備中的關鍵，由於監測能力和與人體的便捷互動，引起廣泛的研究。然而，低靈敏度，響應遲緩，可重複性差，複雜且昂貴的製造工藝限制進一步應用。本文，哈爾濱工業大學材料科學與工程學院JinglongXu，HuataoWang，王華濤等研究人員通過具有成本效益的間隙塗覆方法開發基於石墨納米片（GNP）的電容型應變傳感器。此外，這項工作還研究了並聯電容器的布局設計，與平行板電容器相比，叉指式電容器傳感器的循環穩定性大大提高。此外，所準備的傳感器具有快速的信號響應，其響應時間小於140 ms，恢復時間小於90 ms。另外，拉伸的循環穩定性測試證明了傳感器的長期耐用性。此外，已經在電路級別開發了微控制器單元（MCU）系統，以實現對機械手的實時控制。拉伸的循環穩定性測試證明了傳感器的長期耐用性。

圖文導讀

圖1. 電容應變傳感器和具有不同功能層的組裝結構的製造工藝流程示意圖

圖2。GNP / PU納米複合薄膜的光學照片，示意圖和特徵。

圖3。基於GNP的電容應變傳感器的電氣特性

圖4。第二行中具有不同布局設計的電容式傳感器的示意圖以及相應的穩定性曲線。

圖5。機器人手的智能實時控制

圖6。單或多協作電容式應變傳感器，用於實時控制

小結

總之，一種新穎，低成本的製造策略，用於基於石墨納米片（GNP）的可穿戴電容應變傳感器，該創新方法採用GNP / PU納米複合材料作為軟電極，而聚氨酯（PU）用作電介質層以及綁定層。此外，已經開發了微控制器單元（MCU）系統，以允許可穿戴傳感器用作數據收集設備，以進一步實時地系統地控制機械手。這表明該傳感器在電子皮膚，遠程和個性化健康監控，人機界面，軟機器人，觸覺和虛擬實境以及其他娛樂技術等許多不同領域的未來實際應用中是非常有希望的申請人等等。重要的是，整個過程價格便宜且可擴展，具有大規模工業製造的潛力。該為實現具有潛在深層應用的高靈敏度應變傳感器提供了一條新穎的途徑。

文獻：

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