本文主要研究内容
作者王晓峥（2019）在《柔性纤维状多孔导电复合材料制备及其敏感行为研究》一文中研究指出：导电高分子复合材料(CPCs)由导电填料与高分子基体复合制备而成,该材料不仅具有良好的导电性,同时具有高分子材料柔韧且易于加工的特点,近年来在自控温发热材料、电磁屏蔽材料、温度计、气体传感器等领域的应用受到广泛的关注。这其中,柔性可穿戴应变传感器作为CPCs材料较为重要的一个应用方向,在人机交互、健康监测、人体运动监测等方面展示出了广泛的应用前景。本论文中,为了获得能兼具宽的应变检测范围与高的灵敏度的应变传感器,及有效消除其在响应过程中存在的“肩峰”现象和滞后效应,我们分别采用单轴湿法纺丝与同轴湿法纺丝一浸渍的方法制备得到碳纳米管(CNTs)/热塑性聚氨酯(TPU)与还原氧化石墨烯(RGO)/CNTs/TPU-TPU柔性导电高分子复合纤维,研究了它们的应变敏感响应行为,具体研究内容和结论如下:1、CNTs/TPU应变传感器的制备及性能研究(1)我们将CNTs与TPU共混后使用单轴湿法纺丝挤出得到导电高分子复合纤维,通过改变实验参数(挤出针头直径的大小),实现了对纤维尺寸和内部结构的调控,进一步实现对其传感性能的调控。(2)我们探究了纤维内部多孔结构的出现及纤维直径的改变对其传感性能的影响,随着多孔结构的出现及制得的纤维直径的增大(0.26 mm、0.31 mm、1.08 mm、2.07 mm),该导电高分子复合纤维的检测范围不断增大(62%、102%、249%、320%),但在同一应变范围内(0-10%)的敏感因子GF(gugue factor)并没有较大的变化(4.31、4.10、4.09、3.81)。在循环稳定性方面,我们定义M/N作为复合纤维在循环响应过程中的导电网络的回缩比率(N为第一循环响应的峰值,M为后续每一循环响应过程中的峰值与第一循环响应峰值的差值),在第二循环中随着直径的增大其M/N值分别为43.0%、32.5%、29.1%和14.5%,上述参数表明直径最大具有多孔结构的导电高分子复合纤维具有更好的传感性能,因此我们选择该导电高分子复合纤维进行进一步的研究。(3)对选择的导电高分子复合纤维的内部多孔结构及CNTs的分布进行了表征,发现CNTs可在孔壁内选择性分布形成有效的导电网络。(4)在拉伸敏感测试中,发现所选择的纤维同时具有较宽的检测范围(320%)与高的灵敏度(320%应变时GF=97.5),且具有较短的响应时间约125 ms,该材料在不同的拉伸速率下展示了一致的响应行为,在不同拉伸应变下展现出良好的欧敏特性,且在9700次循环响应中展现出优异的循环响应稳定性和再现性。(5)基于隧道理论对响应过程中分的两段GF进行分析,结合复合材料的形态结构演变,分析了纤维在拉伸过程中的响应机制。(6)应用医用胶带将所制备的纤维基应变传感器固定在人体各个关节处,对人体运动进行实时检测,如手指弯曲、手腕弯曲、肘部弯曲等,传感器对单一动作和复杂动作检测时所得响应峰型不同,这说明该应变传感器具有较高的响应分辨率,这使其在可穿戴柔性应变传感器领域具有广泛应用前景。2、RGO/CNTs/TPU-TPU应变传感器的制备及性能研究(1)通过同轴湿法纺丝一浸渍的方法制备得到纤维状柔性导电高分子复合材料,该纤维具有三层结构,芯层为纯TPU作为支撑层,皮层CNTs/TPU和表层RGO作为敏感响应层。SEM观察显示该纤维在芯层和皮层存在多孔结构,TEM显示CNTs分布在皮层的内部孔壁上形成有效的导电网络,亦清晰的观察到表层的RGO与皮层的CNTs存在位点式的接触,这种填料间的有效协同使该纤维获得双导电网络结构。(2)研究了该纤维的拉伸响应行为,发现该纤维具有优异的可拉伸性(断裂伸长率686%)、相对较宽的检测范围(120%)、较高的灵敏度(120%应变时GF=300)、快的响应速度(282 ms)以及出色的耐用性(超过9300次循环)。(3)基于红外、在水中超声及在煮沸的热水中浸泡实验发现RGO、CNTs和TPU存在一定的结合力,具有较好的耐用性。(4)系统地研究了该纤维在不同应变下的循环响应行为,发现不论在小应变下或大应变下该纤维的响应均未出现“肩峰”现象,同时该纤维的电阻在不同应变循环响应下均能回复至将近初始值,且在循环过程中保持力电同步。(5)基于该纤维的高的灵敏度及优良的响应行为,我们将所制备的纤维应变传感器分别固定在人的面部或腹部进行鼓气行为和呼吸行为的实时监测,同时该应变传感器也可固定在人体的关节处进行运动至不同角度的监测,均获得良好的检测结果,这为其在可穿戴设备中的应用提供了良好的基础。
Abstract
dao dian gao fen zi fu ge cai liao (CPCs)you dao dian tian liao yu gao fen zi ji ti fu ge zhi bei er cheng ,gai cai liao bu jin ju you liang hao de dao dian xing ,tong shi ju you gao fen zi cai liao rou ren ju yi yu jia gong de te dian ,jin nian lai zai zi kong wen fa re cai liao 、dian ci bing bi cai liao 、wen du ji 、qi ti chuan gan qi deng ling yu de ying yong shou dao an fan de guan zhu 。zhe ji zhong ,rou xing ke chuan dai ying bian chuan gan qi zuo wei CPCscai liao jiao wei chong yao de yi ge ying yong fang xiang ,zai ren ji jiao hu 、jian kang jian ce 、ren ti yun dong jian ce deng fang mian zhan shi chu le an fan de ying yong qian jing 。ben lun wen zhong ,wei le huo de neng jian ju kuan de ying bian jian ce fan wei yu gao de ling min du de ying bian chuan gan qi ,ji you xiao xiao chu ji zai xiang ying guo cheng zhong cun zai de “jian feng ”xian xiang he zhi hou xiao ying ,wo men fen bie cai yong chan zhou shi fa fang si yu tong zhou shi fa fang si yi jin zi de fang fa zhi bei de dao tan na mi guan (CNTs)/re su xing ju an zhi (TPU)yu hai yuan yang hua dan mo xi (RGO)/CNTs/TPU-TPUrou xing dao dian gao fen zi fu ge qian wei ,yan jiu le ta men de ying bian min gan xiang ying hang wei ,ju ti yan jiu nei rong he jie lun ru xia :1、CNTs/TPUying bian chuan gan qi de zhi bei ji xing neng yan jiu (1)wo men jiang CNTsyu TPUgong hun hou shi yong chan zhou shi fa fang si ji chu de dao dao dian gao fen zi fu ge qian wei ,tong guo gai bian shi yan can shu (ji chu zhen tou zhi jing de da xiao ),shi xian le dui qian wei che cun he nei bu jie gou de diao kong ,jin yi bu shi xian dui ji chuan gan xing neng de diao kong 。(2)wo men tan jiu le qian wei nei bu duo kong jie gou de chu xian ji qian wei zhi jing de gai bian dui ji chuan gan xing neng de ying xiang ,sui zhao duo kong jie gou de chu xian ji zhi de de qian wei zhi jing de zeng da (0.26 mm、0.31 mm、1.08 mm、2.07 mm),gai dao dian gao fen zi fu ge qian wei de jian ce fan wei bu duan zeng da (62%、102%、249%、320%),dan zai tong yi ying bian fan wei nei (0-10%)de min gan yin zi GF(gugue factor)bing mei you jiao da de bian hua (4.31、4.10、4.09、3.81)。zai xun huan wen ding xing fang mian ,wo men ding yi M/Nzuo wei fu ge qian wei zai xun huan xiang ying guo cheng zhong de dao dian wang lao de hui su bi lv (Nwei di yi xun huan xiang ying de feng zhi ,Mwei hou xu mei yi xun huan xiang ying guo cheng zhong de feng zhi yu di yi xun huan xiang ying feng zhi de cha zhi ),zai di er xun huan zhong sui zhao zhi jing de zeng da ji M/Nzhi fen bie wei 43.0%、32.5%、29.1%he 14.5%,shang shu can shu biao ming zhi jing zui da ju you duo kong jie gou de dao dian gao fen zi fu ge qian wei ju you geng hao de chuan gan xing neng ,yin ci wo men shua ze gai dao dian gao fen zi fu ge qian wei jin hang jin yi bu de yan jiu 。(3)dui shua ze de dao dian gao fen zi fu ge qian wei de nei bu duo kong jie gou ji CNTsde fen bu jin hang le biao zheng ,fa xian CNTske zai kong bi nei shua ze xing fen bu xing cheng you xiao de dao dian wang lao 。(4)zai la shen min gan ce shi zhong ,fa xian suo shua ze de qian wei tong shi ju you jiao kuan de jian ce fan wei (320%)yu gao de ling min du (320%ying bian shi GF=97.5),ju ju you jiao duan de xiang ying shi jian yao 125 ms,gai cai liao zai bu tong de la shen su lv xia zhan shi le yi zhi de xiang ying hang wei ,zai bu tong la shen ying bian xia zhan xian chu liang hao de ou min te xing ,ju zai 9700ci xun huan xiang ying zhong zhan xian chu you yi de xun huan xiang ying wen ding xing he zai xian xing 。(5)ji yu sui dao li lun dui xiang ying guo cheng zhong fen de liang duan GFjin hang fen xi ,jie ge fu ge cai liao de xing tai jie gou yan bian ,fen xi le qian wei zai la shen guo cheng zhong de xiang ying ji zhi 。(6)ying yong yi yong jiao dai jiang suo zhi bei de qian wei ji ying bian chuan gan qi gu ding zai ren ti ge ge guan jie chu ,dui ren ti yun dong jin hang shi shi jian ce ,ru shou zhi wan qu 、shou wan wan qu 、zhou bu wan qu deng ,chuan gan qi dui chan yi dong zuo he fu za dong zuo jian ce shi suo de xiang ying feng xing bu tong ,zhe shui ming gai ying bian chuan gan qi ju you jiao gao de xiang ying fen bian lv ,zhe shi ji zai ke chuan dai rou xing ying bian chuan gan qi ling yu ju you an fan ying yong qian jing 。2、RGO/CNTs/TPU-TPUying bian chuan gan qi de zhi bei ji xing neng yan jiu (1)tong guo tong zhou shi fa fang si yi jin zi de fang fa zhi bei de dao qian wei zhuang rou xing dao dian gao fen zi fu ge cai liao ,gai qian wei ju you san ceng jie gou ,xin ceng wei chun TPUzuo wei zhi cheng ceng ,pi ceng CNTs/TPUhe biao ceng RGOzuo wei min gan xiang ying ceng 。SEMguan cha xian shi gai qian wei zai xin ceng he pi ceng cun zai duo kong jie gou ,TEMxian shi CNTsfen bu zai pi ceng de nei bu kong bi shang xing cheng you xiao de dao dian wang lao ,yi qing xi de guan cha dao biao ceng de RGOyu pi ceng de CNTscun zai wei dian shi de jie chu ,zhe chong tian liao jian de you xiao xie tong shi gai qian wei huo de shuang dao dian wang lao jie gou 。(2)yan jiu le gai qian wei de la shen xiang ying hang wei ,fa xian gai qian wei ju you you yi de ke la shen xing (duan lie shen chang lv 686%)、xiang dui jiao kuan de jian ce fan wei (120%)、jiao gao de ling min du (120%ying bian shi GF=300)、kuai de xiang ying su du (282 ms)yi ji chu se de nai yong xing (chao guo 9300ci xun huan )。(3)ji yu gong wai 、zai shui zhong chao sheng ji zai zhu fei de re shui zhong jin pao shi yan fa xian RGO、CNTshe TPUcun zai yi ding de jie ge li ,ju you jiao hao de nai yong xing 。(4)ji tong de yan jiu le gai qian wei zai bu tong ying bian xia de xun huan xiang ying hang wei ,fa xian bu lun zai xiao ying bian xia huo da ying bian xia gai qian wei de xiang ying jun wei chu xian “jian feng ”xian xiang ,tong shi gai qian wei de dian zu zai bu tong ying bian xun huan xiang ying xia jun neng hui fu zhi jiang jin chu shi zhi ,ju zai xun huan guo cheng zhong bao chi li dian tong bu 。(5)ji yu gai qian wei de gao de ling min du ji you liang de xiang ying hang wei ,wo men jiang suo zhi bei de qian wei ying bian chuan gan qi fen bie gu ding zai ren de mian bu huo fu bu jin hang gu qi hang wei he hu xi hang wei de shi shi jian ce ,tong shi gai ying bian chuan gan qi ye ke gu ding zai ren ti de guan jie chu jin hang yun dong zhi bu tong jiao du de jian ce ,jun huo de liang hao de jian ce jie guo ,zhe wei ji zai ke chuan dai she bei zhong de ying yong di gong le liang hao de ji chu 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自郑州大学的王晓峥，发表于刊物郑州大学2019-07-03论文，是一篇关于导电高分子复合材料论文,湿法纺丝论文,纤维论文,隧道理论论文,柔性可穿戴应变传感器论文,灵敏度论文,人体运动监测论文,郑州大学2019-07-03论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自郑州大学2019-07-03论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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