基于Ag-C纳米电极材料的柔性应力传感力电耦合机理研究

基本信息
批准号:61703298
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:24.00
负责人:张强
学科分类:
依托单位:太原理工大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:段倩倩,王一平,赵冬,刘丽华,季超
关键词:
力电耦合纳米材料应力传感器柔性器件
结项摘要

Stretchable, skin-mountable, and wearable strain sensors are needed for several potential applications. A key problem of the soft strain sensors’ development is force-electric property. Improvement of the force-electric property may expand the soft strain sensors application. Based on these, this project solves this problem in two projects. On one hand, owning to the excellent electrical and mechanical properties of Ag nanomaterials and carbon nanotubes (CNTs), synthesize a kind of Ag-C nanocomposite, and prepare a highly sensitive flexible strain sensor based on the nanocomposite. On the other hand, the Ag-C Nanocomposites/PDMS thin film strain sensors with fold structure are prepared through different surface treatment process. The mechanism of force-electric coupling of Ag-C Nanocomposites / PDMS thin film strain sensors would be investigated. Based on the mechanism, the soft strain sensor with high sensitivity, wide range, quick response would be prepared.This project would provide technical support for the application of flexible strain sensors.

随着科学技术水平的飞速发展,柔性力敏传感器被广泛用作柔性电子器件。而柔性应力传感器在应用过程中的力电耦合效率低的问题成为制约其发展的一个重要因素。提高柔性应力传感器的力电耦合性能,即可拓宽高灵敏应力传感器的量程范围,从而使柔性应力传感器可以更广泛的应用于各个领域。基于此,本项目拟从创新敏感单元材料和改进传感器制备技术两方面入手,首先基于CNTs优异的机械性能和Ag纳米材料优异的电学性能合成一种Ag-C纳米复合材料,并利用该复合材料作为柔性应力传感器的灵敏单元;然后基于该材料优化柔性应力传感器的制备方法,采用不同表面处理技术,进一步提高具有褶皱结构的柔性应力传感器力电耦合性能;通过对比不同Ag-C纳米复合材料/PDMS薄膜应力传感器样品的性能,探索力电耦合机理,制备出高灵敏、宽量程、快速响应的柔性应力传感器,进一步拓宽其应用范围。

项目摘要

新型柔性应力传感器具有柔性化、可拉伸、灵敏度高、生物兼容等特点,近年来在可穿戴器件领域备受关注。本项目利用第一性原理的方法对Ag-C复合纳米材料的力电特性进行了仿真计算,通过对电子传输特性的分析,优化了复合材料的协同作用方案。采用纳米材料可控合成法,成功制备了不同负载量、长径比、表面基团的Ag@CNTs复合纳米材料,并基于该材料制备了柔性薄膜应力传感器,系统研究了纳米复合材料作敏感单元对传感器力电耦合特性的影响,实现了GF=831的高灵敏应力感知。同时,本项目探索了平板印刷、3D打印、一体化成型等传感器加工工艺,采用氧等离子处理和释放预应力的方法制备出褶皱结构薄膜基底,通过探索新型粘附性橡胶基底材料制备出宽阈值柔性应力传感器,实现了580%的宽范围应力检测。项目执行过程中,共发表SCI论文19篇,申请发明专利5项(其中3项已授权);项目负责人入选2018年度山西省“三晋英才”支持计划青年优秀人才;项目培养博士生1名,硕士生3名。圆满完成了项目任务书的各项内容,达到了项目任务书的各项指标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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