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柔性可穿戴压电及压阻式应力/应变传感凝胶的设计及应用

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柔性可穿戴压电及压阻式应力/应变传感凝胶的设计及应用

作者：张红于太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着生物医用电子设备和物联网技术的飞速发展,柔性可穿戴电子设备逐渐走向人们的日常生活,给人类的生产和生活带来了诸多的便利。然而,传统的电子传感器件由于其刚性结构、灵敏性差等缺点,导致在日常生活和医疗应用等方面的应... 详细信息

近年来,随着生物医用电子设备和物联网技术的飞速发展,柔性可穿戴电子设备逐渐走向人们的日常生活,给人类的生产和生活带来了诸多的便利。然而,传统的电子传感器件由于其刚性结构、灵敏性差等缺点,导致在日常生活和医疗应用等方面的应用受到诸多限制。柔性传感器是一种新型的电子设备,相较于传统电子传感器件,其灵活性高、质量轻、低成本等优势,使其能够适应更多复杂的工作环境,特别是作为可穿戴电子设备,柔性电子器件可以和人体皮肤紧密的贴合在一起,从而可以保证信号采集的准确性和可靠性。除此之外,柔性传感器在人机交互、可穿戴电子设备、人体健康监测和柔性电子皮肤等领域也受到广泛的关注。因此,本文从柔性可穿戴应力/应变传感器出发,制备了具有压电效应的压电应力传感凝胶和导电应变传感凝胶,围绕凝胶的力学性能和电学性能等方面进行一系列研究,并初步探索了这两种传感凝胶作为柔性可穿戴传感器的应用潜力,具体工作内容如下:(1)聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种超疏水高分子压电高分子聚合物,具备优异的压电性和铁电性,但是由于其超疏水性和往往需要极化才可以获得压电性能,所以在生物医学领域的应用往往受到限制。本文通过在含有氰基(-CN)偶极子的聚丙烯腈水凝胶基底中,引入超疏水性质的压电高分子材料聚偏氟乙烯,和甲基丙烯磺酸钠,制备出具备良好压电性能的SMAS/PAN/PVDF复合凝胶柔性应力传感器。利用PVDF高分子链上的-CF偶极子与PAN链上的-CN偶极子之间的偶极—偶极相互作用,诱导PVDF生成具有压电效应的β相,并通过对复合凝胶进行SEM、FT-IR及XRD分析,证实聚合物水凝胶中的PVDF主要以β相存在,因此无需极化步骤就可以具备优异的压电性能(如在45 N力的作用下可以产生约40 mV的电压)。此外,通过向该水凝胶中所引入的带有磺酸根的甲基丙烯磺酸钠,其磺酸根阴离子之间存在的静电斥力作用,增加了水凝胶的水合作用,使水凝胶具备80%的含水率。最后,本工作将SMAS/PAN/PVDF复合凝胶发展成柔性压力传感器,该传感器可以精准的感知压力灵敏度达到0.754 mV·N以及快速的响应时间20 ms和恢复时间60 ms。用于检测人体手指关节、肘部和脚部的运动所产生的应力信号,在人体运动监测领域具有广阔的应用前景。(2)水凝胶基电子皮肤(e-skin)传感器因其具有高弹性,良好的生物相容性,并且对外部刺激具有稳定的响应性,因此在人工智能、人类健康监测和软机器人等各个领域受到广泛的关注。其中,二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)因其优异的导电性和生物相容性被认为是制备导电水凝胶的理想材料,然而,MXene纳米材料的强重排和聚集倾向阻碍了其在水凝胶中的应用。本文以聚丙烯酰胺水凝胶为基底材料,通过引入纤维素纳米纤维(CNF)作为分散介质,辅助分散MXene纳米片,从而制备出一系列MXene/CNF/PAM复合水凝胶。进一步对其微观结构、力学性能、电学性能进行表征,并深入分析其作为柔性应变传感器的传感性能。结果表明:当MXene的质量百分比为2%,CNF的质量百分比为4%时,所制得的MXene/CNF/PAM复合水凝胶表现出优异的力学性能,如:拉伸强度与断裂伸长率分别达到117.76 kPa与422.43%,同时具有高电导率(0.247 S·m)。当该复合水凝胶作为具有应变传感功能的柔性电子皮肤时,其在210%到400%应变范围具有高灵敏度(GF=4.15)、极快的响应时间(包括:拉伸应变响应时间为74.78 ms,压缩应变响应时间为74.37 ms)。该复合水凝胶有望作为柔性电子皮肤,在生物医学、人机交互和电子传感等领域得到广泛的应用。

关键词：柔性传感器水凝胶压电性能导电性能传感性能

基于双目立体视觉与数字散斑图像相关的全场振动测量

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振动与冲击 2015年第13期34卷 121-126页

作者：陈忠陈教豆上海交通大学机械系统与振动国家实验室上海200240 华南理工大学机械与汽车工程学院广东省精密装备与制造技术重点实验室广州510641

研究了基于三维数字散斑图像相关方法(3D-DSCM)的三维全场振动测量相关问题。该方法通过双目高速摄像机连续采集散斑动态变形图像,结合数字散斑相关方法对目标点进行相关匹配,可得到随时间变化的物体离面振动位移信息。通过正弦激励稳... 详细信息

研究了基于三维数字散斑图像相关方法(3D-DSCM)的三维全场振动测量相关问题。该方法通过双目高速摄像机连续采集散斑动态变形图像,结合数字散斑相关方法对目标点进行相关匹配,可得到随时间变化的物体离面振动位移信息。通过正弦激励稳态响应的比对实验、各参数(相关函数、子区大小、形函数)选择对测量结果的影响的实验研究。研究结果表明50 Hz稳态激励下的所测振动幅值相对误差小于3.5%、幅频曲线相关系数高于98%;相关函数、子区大小、形函数的选择都对计算的精度具有很大的影响。

关键词：数字散斑图像相关方法全场振动相关函数子区大小形函数

应用粒子群优化-条件随机域的文本生物实体识别

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西安交通大学学报 2010年第12期44卷 38-42,124页

作者：豆增发高琳西安电子科技大学计算机学院西安710071

针对生物医学文本中传统生物实体识别算法的精确度不高的问题,提出了一种新的基于粒子群优化-条件随机域的生物实体识别算法.新算法利用改进的粒子群优化算法训练条件随机域模型,并将训练后的条件随机域模型应用到生物实体的识别上.改... 详细信息

针对生物医学文本中传统生物实体识别算法的精确度不高的问题,提出了一种新的基于粒子群优化-条件随机域的生物实体识别算法.新算法利用改进的粒子群优化算法训练条件随机域模型,并将训练后的条件随机域模型应用到生物实体的识别上.改进的粒子群优化算法引入粒子群聚集度来防止粒子群过早地陷入局部收敛,用迭代间对数似然相对变化率来控制算法的收敛,用线性变化的惯性因子和学习因子来控制搜索范围.实验结果表明,基于改进粒子群优化的条件随机域模型较隐马尔科夫模型、最大熵马尔科夫模型、支持向量机以及传统条件随机域模型等方法具有更高的精确率和召回率.

关键词：条件随机域模型粒子群优化粒子群聚集度对数似然相对变化率生物实体识别

利用膜粒子群优化和信息熵的医学文本特征选择

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西安交通大学学报 2012年第4期46卷 45-51页

作者：豆增发高琳西安电子科技大学计算机学院西安710071

针对生物医学文本挖掘中有效特征选择困难的问题,提出了一种新的基于膜粒子群优化和信息熵的文本特征选择方法.该方法以文本信息熵总和为目标函数,以膜系统的层次结构作为框架,以膜系统的消息传递机制作为进化方向,以粒子群优化进化作... 详细信息

针对生物医学文本挖掘中有效特征选择困难的问题,提出了一种新的基于膜粒子群优化和信息熵的文本特征选择方法.该方法以文本信息熵总和为目标函数,以膜系统的层次结构作为框架,以膜系统的消息传递机制作为进化方向,以粒子群优化进化作为进化规则.作为进化规则的粒子群优化算法,分别以局部搜索速率和全局搜索速率搜索得到文本信息熵最大的解,并在不同膜区域之间传递搜索结果,直到膜区域之间的消息传递结束或者达到限定的迭代次数.实验结果表明,利用提出的方法对医学文本特征进行选择后,对其进行分类,能使分类精确度和召回率分别提高2%和3%左右.

关键词：膜系统粒子群优化生物医学文本特征选择信息熵

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利用膜粒子群优化的条件随机域特征选择

西安电子科技大学学报 2012年第5期39卷 107-112页

作者：豆增发高琳西安电子科技大学计算机学院陕西西安710071

提出了一种新的基于膜粒子群优化的特征选择方法.该方法利用了膜系统的分层结构和消息传递机制,将粒子群优化算法作为区域子算法部署到各个区域中.不同于传统粒子群优化算法,该方法将粒子群优化的搜索速率分解为局部搜索速率和全局搜索... 详细信息

提出了一种新的基于膜粒子群优化的特征选择方法.该方法利用了膜系统的分层结构和消息传递机制,将粒子群优化算法作为区域子算法部署到各个区域中.不同于传统粒子群优化算法,该方法将粒子群优化的搜索速率分解为局部搜索速率和全局搜索速率.膜系统的所有外层区域采用局部搜索速率,搜索局部最优解;最内层区域采用全局搜索速率,搜索全局最优解.所有外部区域将最优解传递给相邻内部区域,内部区域将最差解传递给相邻外部区域,最内区域向相邻外部区域传递最差解.当各个区域之间的解传递在一段时间内停止时,或者算法迭代次数达到限定次数时,算法收敛,取最内层区域的最优解为最终解.以条件随机域模型的最大似然估计函数为目标函数,利用膜粒子群优化计算各个特征权重系数,最后剔除那些权重系数小于阈值的特征.实验结果表明,在进行生物文本的基因名称识别时,利用该方法对条件随机域的特征进行选择后,可以消除冗余特征的干扰,能获得更高的准确度。

关键词：膜系统粒子群优化生物医学文本特征选择条件随机域

基于改进互相关法的采掘机震源超前探测技术与成像方法研究

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煤炭技术 2025年第1期44卷 116-119页

作者：方珍珠豆浩刘惠洲昌李宁曹煜谢国鑫董亚宋卫文刘金锁任川国网能源和丰煤电有限公司新疆塔城834700 安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司合肥231600

煤矿井下随掘超前探测技术的发展,对于巷道的安全高效掘进有着十分重要的意义。在对比掘进机震源信号和传统震源信号的基础上,提出了基于改进的互相关函数处理方法,将连续震源勘探问题转化为单炮震源勘探问题,通过数值模拟和现场实验数... 详细信息

煤矿井下随掘超前探测技术的发展,对于巷道的安全高效掘进有着十分重要的意义。在对比掘进机震源信号和传统震源信号的基础上,提出了基于改进的互相关函数处理方法,将连续震源勘探问题转化为单炮震源勘探问题,通过数值模拟和现场实验数据完成了对随掘地震超前探测数据的处理和研究。结果表明,基于改进的互相关函数处理方法能有效地将掘进机震源信号进行脉冲化,并在一定程度上完成巷道前方精细探测的目的,具备显著的现场可行性和应用价值。

关键词：随掘地震矿井地震超前探测掘进机震源互相关法噪声勘探

不同聚合度壬基酚聚氧乙烯醚在酸性光亮镀铜中的应用

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中国有色金属学报 2017年第3期27卷 666-673页

作者：张震黄金豆华南理工大学化学与化工学院广东省燃料电池技术重点实验室广州510640

为研究壬基酚聚氧乙烯醚(NP(EO)_n)可用作酸性光亮镀铜载体光亮剂的原因以及不同聚合度NP(EO)_n对铜沉积过程的动力学参数和沉积层表观形貌的影响,以NP-10、NP-15、NP-20、NP-40配合Cl^--DPS作为50℃CuSO_4-H_2SO_4镀液的添加剂,采用电... 详细信息

为研究壬基酚聚氧乙烯醚(NP(EO)_n)可用作酸性光亮镀铜载体光亮剂的原因以及不同聚合度NP(EO)_n对铜沉积过程的动力学参数和沉积层表观形貌的影响,以NP-10、NP-15、NP-20、NP-40配合Cl^--DPS作为50℃CuSO_4-H_2SO_4镀液的添加剂,采用电势扫描交流阻抗法研究NP(EO)_n在电极表面吸附双电层的形态,采用线性电势扫描和计时电流法研究NP(EO)_n对电沉积过程的影响,并采用扫描电子显微镜和X射线衍射表征沉积层的形貌及晶面取向。结果表明:NP(EO)_n在电极表面的吸附层阻碍Cu^(2+)的扩散,增强极化,细化晶粒;由于NP(EO)_n吸附层亲水链长度不同,对Cu^(2+)的屏蔽程度不同,对电沉积影响各异;NP(EO)_n链长越长,沉积层的形貌越佳。

关键词：壬基酚聚氧乙烯醚吸附电解铜箔成核形貌

重庆市城乡要素流动赋能乡村多元价值实现机制

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农业工程学报 2023年第12期39卷 206-215页

作者：豆浩健王成西南大学地理科学学院乡村人居环境研究实验室重庆400715 西部乡村可持续发展新文科实验室重庆400715

准确认知城乡要素流动赋能乡村多元价值实现机制,既能激发乡村内生动力又能确保农民持续增收,对于建设宜居宜业和美乡村具有重要的理论价值和现实意义。该研究以城乡界面间要素流动的吸纳、融合和冲突作用为介质,解析城乡要素流动与乡... 详细信息

准确认知城乡要素流动赋能乡村多元价值实现机制,既能激发乡村内生动力又能确保农民持续增收,对于建设宜居宜业和美乡村具有重要的理论价值和现实意义。该研究以城乡界面间要素流动的吸纳、融合和冲突作用为介质,解析城乡要素流动与乡村多元价值实现的逻辑关联,以重庆市为研究区,分别构建指标体系测度城乡要素流动和乡村多元价值实现,进而解析其相关关系以理清其赋能过程与实现机制,结果表明:1)城乡要素人口流动、资源转移和社会互动综合作用赋能乡村多元价值,表征为供给价值、调节价值、传承价值和服务价值的实现,其中人口流动是核心,资源转移是重点,社会互动是动力;2)重庆市乡村多元价值实现程度总体上呈正态分布,其中,人口流动对供给价值和调节价值具有正向促进作用、对传承价值具有反向抑制作用,相关系数分别为0.40、0.37、-0.56;资源转移对供给价值、调节价值和服务价值具有正向促进作用,相关系数分别为0.31、0.37、0.39;社会互动对调节价值、服务价值具有正向促进作用、对传承价值具有反向抑制作用,相关系数分别为0.42、0.46、-0.57;3)针对重庆市城乡人口流动频繁、资源转移和社会互动较少的现实情景,从以县域为重要载体构建新型城乡关系、全要素流动为核心的要素自由流动制度性通道、高质量提升乡村价值实现能力3个层次提出了加快乡村价值实现的路径。

关键词：乡村城乡要素流动多元价值城乡作用介质空间的生产测度重庆市

PEMFC催化层耦合气体电荷传输过程的介观模拟

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化工学报 2024年第8期75卷 3002-3010页

作者：豆少军郝亮上海理工大学能源与动力工程学院动力工程多相流动与传热上海市重点实验室上海200093

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导... 详细信息

重建了质子交换膜燃料电池(PEMFC)催化层的多孔结构,并通过格子Boltzmann Shan-Chen模型模拟催化层中水的毛细冷凝过程,分析运行湿度和液态水分布对质子传导、电化学活性面积和气体传输的影响规律。基于开发的耦合阴极氧传输、质子传导及电化学反应的介尺度电化学模型解析不同操作条件下催化层中的物理量分布并获得了催化层极化曲线,进一步研究确定催化层运行的最佳相对湿度为95%~98%。

关键词：燃料电池催化层介尺度数值模拟液态水

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