基于导电聚合物的全织物柔性压力传感器的制备与性能研究

作     者：胡峻菘 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于军胜

授予年度：2021年

学科分类：0821[工学-纺织科学与工程] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 082102[工学-纺织材料与纺织品设计] 0802[工学-机械工程] 

主      题：柔性压力传感器 气相聚合 PEDOT 聚吡咯 丝网印刷 

摘      要：随着电子产品的飞速发展,近年来出现了诸如物联网（Internet of Things,Io T）和可穿戴医疗设备之类的颠覆性新技术,从而改善了人们的生活水平和生活质量。可穿戴系统可以测量广泛的物理、生化和环境信号,这些信号可以通过集成于人体的传感器进行测量和量化。其中,具有压力传感的电子纺织品可以将压力信号转换为电学信号,已经发展成为一个多学科领域。电子纺织品是将材料科学,设备和系统工程以及信号处理相结合,可广泛的运用于电子皮肤,人机交互界面,生理信号监视等。与基于硅基材料的压力传感器相比,基于织物的压力传感器具有轻柔、可再生、易穿戴、耐洗涤、穿戴贴合度高等明显优势,在织物基底上集成电子器件是可穿戴电子产品的发展趋势。本文的主要内容是基于织物为衬底来集成柔性压力传感器,以及结构设计、制备及应用展开。研究内容包括以下两个部分:（1）设计和制备基于聚（3,4-乙二氧基噻吩）全织物柔性力传感器灵敏度和线性度是柔性压力传感器的重要指标,为了提升传感器的性能,本文考虑到无纺布天然多孔结构和表面服从高斯分布的特点,提出压阻层和底电极均以无纺织物为基底,实现了在较小压力作用下也有较大的接触面积,从而提高了器件传感的灵敏度。采用在无纺织物表面气相聚合（3,4-乙烯二氧基噻吩）的方法在真空环境下制备压阻层,并搭配丝网印刷方法在无纺布表面制备的交叉电极,该工艺特点简单且成本较低。另外,传感器还具有压力检测范围宽、线性度高、响应时间快和稳定性高等优势。并以此探测器实现了压力信号检测中的各种应用,包括手指弯曲、呼吸、脉搏和心率等运动进行了测试。（2）设计和制备基于全织物柔性压力传感器利用织物天然的孔洞和3D空间网状结构以及表面的粗糙度制备出了高性能的传感器。其中,聚吡咯（PPy）无纺织物复合物是通过在真空环境下将吡咯单体在无纺织物表面气相聚合而制备的。交叉电极采用丝网印刷方法在无纺织物表面制备。随后,研究了该传感器的灵敏度、线性度、响应时间和抗弯折等性能,并对该传感器在声音、心率、脉搏等生理信号检测中的应用进行了研究。综上所述,本工作基于导电聚合物PEDOT和PPy制备了全织物柔性压力传感器。最终实现了生理信号探测,该研究可运用于智能服装、医疗保健和人体监测等领域,扩展了可穿戴电子设备中的应用。