80电影天堂网,少妇高潮一区二区三区99,jαpαnesehd熟女熟妇伦,无码人妻精品一区二区蜜桃网站

搜索：  
陜科大馬建中教授、鮑艷教授、張文博副教授 AFM：基于各向異性應(yīng)變子傳感器和應(yīng)變不敏感壓力子傳感器的多種機(jī)械刺激識別型多維傳感器
2024-03-03  來源：高分子科技

  隨著柔性可穿戴電子產(chǎn)品的快速發(fā)展，人們對壓阻傳感器的性能要求越來越高。盡管在提高壓阻傳感器的靈敏度、傳感范圍和耐久性等方面取得了巨大進(jìn)步，但大多數(shù)壓阻傳感器不能夠同時響應(yīng)多種機(jī)械刺激（如法向壓力、面內(nèi)應(yīng)變或彎曲），從而導(dǎo)致其無法識別機(jī)械刺激的類型。此外，由于大多數(shù)壓阻傳感器的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的各向同性，其也無法識別機(jī)械刺激的方向，這嚴(yán)重限制了壓阻傳感器在智能機(jī)器人和復(fù)雜人體運動監(jiān)測中的應(yīng)用。迄今為止，開發(fā)和設(shè)計能夠準(zhǔn)確識別和測量多種機(jī)械刺激類型、大小和方向的多維壓阻傳感器仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。


  近日，陜西科技大學(xué)馬建中教授、鮑艷教授、張文博副教授團(tuán)隊受來自人體體感系統(tǒng)中的皮膚和肌肉的結(jié)構(gòu)和生理功能的啟發(fā)，通過將兩個壓力不敏感的各向異性應(yīng)變子傳感器以正交堆疊的形式分別集成在應(yīng)變不敏感的壓力子傳感器的頂部和底部，開發(fā)和設(shè)計了一種能夠識別和測量面內(nèi)應(yīng)變、法向壓力和剪切力的類型、方向和大小的集成多維傳感器，并進(jìn)一步探索了其在機(jī)械手和體育訓(xùn)練指導(dǎo)中的應(yīng)用潛力。


  該工作以“Bioinspired Integrated Multidimensional Sensor for Adaptive Grasping by Robotic Hands and Physical Movement Guidance”為題發(fā)表在《Advanced Functional Material》上（DOI：10.1002/adfm.202313787）。


文章要點


要點一：結(jié)合同軸靜電紡絲和預(yù)拉伸工藝構(gòu)建了基于定向分段結(jié)構(gòu)電紡膜的各向異性應(yīng)變子傳感器


  首先，通過同軸靜電紡絲工藝，以高速滾筒為接收器制備了具有定向結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺（PI）/聚氨酯（PU）電紡膜（APP）。隨后，對APP進(jìn)行預(yù)拉伸，利用PI和PU之間的顯著模量差異，獲得具有分段結(jié)構(gòu)的APP（ASPP）。最后，用MXene對APP進(jìn)行包覆（AMSPP），以實現(xiàn)各向異性的應(yīng)變感應(yīng)性能。 


圖1 AMSPP的制備及表征



圖2 AMSPP應(yīng)變子傳感器的傳感性能和機(jī)理


  AMSPP應(yīng)變子傳感器只響應(yīng)沿x方向的面內(nèi)應(yīng)變，并在0-80%的應(yīng)變范圍內(nèi)具有863.7的最大靈敏度。AMSPP應(yīng)變子傳感器的各向異性感應(yīng)特性可歸因于定向結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的不同應(yīng)變方向下的不同導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)變形機(jī)制。當(dāng)其受到的應(yīng)變沿纖維軸向時，纖維上的MXene形成裂紋并逐步擴(kuò)展，從而產(chǎn)生電響應(yīng)；而當(dāng)其受到的應(yīng)變沿纖維徑向時，僅僅是纖維間產(chǎn)生滑移，從而幾乎沒有電響應(yīng)。AMSPP應(yīng)變子傳感器高的靈敏度和寬的傳感范圍可歸因于分段結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的表面應(yīng)變重分布。具體地說，AMSPP上的低模量PU表面有助于在拉伸過程中形成應(yīng)變集中，從而通過MXene裂紋的快速形成和擴(kuò)展來提高其靈敏度，而高模量PI表面的低應(yīng)變分布則通過減緩MXene裂紋的形成和擴(kuò)展來拓寬其傳感范圍。


要點二：結(jié)合水熱法和雙軸預(yù)拉伸工藝制備了具有ZnO納米線陣列的全向高度梯度褶皺電紡膜基應(yīng)變不敏感壓力子傳感器


  首先，通過水熱法在MXene/PU電紡纖維膜表面原位生長ZnO納米線陣列。隨后，通過超聲作用在ZnO納米線陣列間插入MXene片。接著，將其轉(zhuǎn)移到經(jīng)雙軸預(yù)拉伸的VHB膠帶上，釋放應(yīng)變后構(gòu)建全向高度梯度褶皺結(jié)構(gòu)電紡膜（ZOGW）。最后，將兩個ZOGW面對面堆疊，以獲得應(yīng)變不敏感壓力子傳感器。


圖3 ZOGW的制備及表征


圖4 ZOGW壓力子傳感器的傳感性能和機(jī)理


  ZOGW壓力子傳感器在0-220 kPa的壓力范圍內(nèi)具有187.71 kPa-1的最大靈敏度，并在0-120%的應(yīng)變范圍內(nèi)表現(xiàn)出96%的應(yīng)變不敏感特性。ZOGW壓力子傳感器的高靈敏度可歸因于微弱壓力下ZnO納米線陣列間形成的互鎖以導(dǎo)致的上、下層ZOGW間接觸面積的急劇變化。ZOGW壓力子傳感器的寬傳感范圍可歸因于持續(xù)壓力施加下高度梯度褶皺電紡膜的最高層褶皺到最低層皺褶的逐級激活所導(dǎo)致的上、下層ZOGW間接觸面積的持續(xù)變化。ZOGW壓力傳感器的應(yīng)變不敏感特性可歸因于面內(nèi)應(yīng)變作用下ZOGW的微觀形態(tài)幾乎保持不變，這將導(dǎo)致ZOGW的膜電阻和上、下層ZOGW間的接觸電阻保持不變。


要點三：多維傳感器的構(gòu)建


  受來自人體體感系統(tǒng)中的皮膚和肌肉的結(jié)構(gòu)和生理功能的啟發(fā)，通過將兩個壓力不敏感的各向異性AMSPP應(yīng)變子傳感器以正交堆疊的形式分別集成在應(yīng)變不敏感的ZOGW壓力子傳感器的頂部和底部，開發(fā)和設(shè)計了一種能夠識別和測量面內(nèi)應(yīng)變、法向壓力和剪切力的類型、方向和大小的集成多維傳感器。多維傳感器中的每個子傳感器只對三個正交軸（x、y或z軸）中的一個軸上的機(jī)械刺激分量敏感，而對另兩個軸上的機(jī)械刺激分量不敏感。其中，兩個正交堆疊的AMSPP應(yīng)變子傳感器分別只響應(yīng)x軸和y軸的機(jī)械刺激分量，而ZOGW壓力子傳感器只響應(yīng)z軸上的機(jī)械刺激分量。 


圖5 多維傳感器的構(gòu)建 


圖6 多維傳感器的傳感性能


  受益于三個子傳感器的各向異性傳感特性，多維傳感器的一個典型特性是能夠識別面內(nèi)應(yīng)變、法向壓力和剪切力。此外，多維傳感器能夠測量面內(nèi)應(yīng)變的大小和方向，并具有10.74的優(yōu)異應(yīng)變方向選擇性。最重要的是，多維傳感器能夠通過建立的電響應(yīng)庫來篩選剪切力的大小和方向。


  該論文陜西科技大學(xué)為唯一通訊作者單位，第一作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）博士生雷鵬，通訊作者為陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院（柔性電子學(xué)院）鮑艷教授、馬建中教授和張文博副教授。該工作是團(tuán)隊關(guān)于柔性電子相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一，團(tuán)隊在近一年中還發(fā)表了題為“Synergy of ZnO Nanowire Arrays and Electrospun Membrane Gradient Wrinkles in Piezoresistive Materials for Wide Sensing Range and High Sensitivity Flexible Pressure Sensor”的研究工作在Advanced Fiber Materials上（DOI: 10.1007/s42765-023-00359-4），為開發(fā)高性能柔性電子提供了新思路。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202313787

版權(quán)與免責(zé)聲明：中國聚合物網(wǎng)原創(chuàng)文章？锘蛎襟w如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。
（責(zé)任編輯：xu）
【大 中 小】【打印】【關(guān)閉】

誠邀關(guān)注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞