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柔性螺旋传感器结构设计分析与制备工艺研究

柔性螺旋传感器结构设计分析与制备工艺研究

作者：郭嘉鹏西安理工大学

学位级别：硕士

柔性压电传感器具备良好的柔韧性和适应性,适用于复杂的环境,同时具有结构简单、灵敏度高和响应速度快等优点,在生物监测、振动传感、电子皮肤、人机交互及器件检测等方面均有广泛的应用。这类压电传感器应用于曲面监测时,监测方向受到... 详细信息

柔性压电传感器具备良好的柔韧性和适应性,适用于复杂的环境,同时具有结构简单、灵敏度高和响应速度快等优点,在生物监测、振动传感、电子皮肤、人机交互及器件检测等方面均有广泛的应用。这类压电传感器应用于曲面监测时,监测方向受到极化方向的影响,难以实现多方向响应,这就对压电传感器的结构设计提出了挑战。本文提出了一种螺旋结构的柔性压电传感器,通过有限元分析探索工程结构对压电传感器性能的影响,对柔性螺旋传感器结构设计和制备工艺进行研究,为实现压电传感器的高性能和多方向监测提供一条有效途径。主要内容和结论如下:(1)将宏观工程结构引入电极层,提出了一种螺旋的电极层结构,通过构建电极层有限元仿真模型,采用静电学仿真分析,研究了不同螺旋结构和参数对电极层电学性能的影响规律,完成了柔性传感器电极层结构设计。结果表明:在相同边界条件下,螺旋结构电极的电学性能优于插指结构电极,而相较于不同螺旋结构,阿基米德结构的螺旋具有最好的导电性能,因此采用阿基米德螺旋结构作为柔性压电传感器电极层的基本结构;进一步对阿基米德螺旋结构的参数进行优化计算。(2)基于阿基米德螺旋结构,以聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)为压电介电层材料,对柔性传感器的压电介电层结构及参数进行仿真计算,通过构建介电层有限元仿真模型,采用固体力学和静电学模块进行压电效应的多物理场耦合分析,研究了在外界作用下不同截面形状及参数对压电介电层电学性能的影响。结果表明:将微观结构引入介电层后,当介电层受到外界作用力时,微观结构使介电层局部应力集中,产生较大的压电效应,截面形状为梯形时电压输出最高,并进一步对压电介电层梯形截面的参数进行优化。(3)基于阿基米德螺旋结构,将传感器各功能层进行组合,通过构建整体传感器有限元仿真模型,采用固体力学和静电学模块进行压电效应的多物理场耦合,对基于阿基米德螺旋结构柔性压电传感器的传感性能进行仿真分析,研究了在拉伸模式下传感器的模态响应,并对基于螺旋结构柔性压电传感器的工作频率进行计算。结果表明:基于螺旋结构柔性压电传感器可以有效解决多方向响应问题,并对工作频率范围进行研究。(4)基于阿基米德螺旋结构,结合柔性压电传感器介电层的极化要求,提出一种旋刮工艺。采用多相流仿真分析,探究了工艺参数对溶液的流场分布和填充过程的影响,并确定具体参数值,实现对介电层中压电晶体的定向调控。结果表明:旋转刮刀基于阿基米德螺旋结构设计,结构优化后的刮刀作用溶液产生的最大压力显著提升;旋刮法对溶液的剪切力作用明显,可以实现剪切力对溶液的定向调控,验证了旋刮工艺理论模型的可行性。(5)采用旋刮法制备PVDF压电介电层,研究了通过旋刮法制备具有阿基米德螺旋结构PVDF介电层的螺旋结构微观形貌、晶体结构及压电特性。结果表明:采用旋刮法制备的PVDF压电介电层具有良好的成型性,相较于传统溶液流延法制备的PVDF压电介电层内部出现β晶型,对介电层压电性能有一定提升。

关键词：柔性压电传感器螺旋结构电极层压电介电层旋刮工艺

具有电极层无限大弹性板中表面波的精确与近似解

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宁波大学学报（理工版） 2005年第4期18卷 439-443页

作者：陆文琼王骥杜建科宁波大学工学院浙江宁波315211

用一个双层板结构模型来简化典型的表面波谐振器单元,并用三维弹性力学方程来精确分析在其中传播的表面波.与此同时,用O(H)近似方法对有电极的弹性板模型做了近似计算,发现在电极层厚度很小的时候,分析精度相当好.这种近似方法能减少一... 详细信息

用一个双层板结构模型来简化典型的表面波谐振器单元,并用三维弹性力学方程来精确分析在其中传播的表面波.与此同时,用O(H)近似方法对有电极的弹性板模型做了近似计算,发现在电极层厚度很小的时候,分析精度相当好.这种近似方法能减少一半的计算量,为分析复杂的模型提供了很好的近似分析方法.

关键词：电极层无限大弹性板表面波传播谐振器

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柔性电容式三维力传感器的设计及应用研究

柔性电容式三维力传感器的设计及应用研究

作者：吕子寒浙江理工大学

学位级别：硕士

近年来,随着人工智能技术和可穿戴设备的不断发展,柔性传感器受到了人们的青睐。在众多柔性传感器中,柔性三维力传感器因其可以检测空间中三维接触力的信息而备受关注。根据传感机理的不同,柔性三维力传感器可分为压阻式、压电式、电容... 详细信息

近年来,随着人工智能技术和可穿戴设备的不断发展,柔性传感器受到了人们的青睐。在众多柔性传感器中,柔性三维力传感器因其可以检测空间中三维接触力的信息而备受关注。根据传感机理的不同,柔性三维力传感器可分为压阻式、压电式、电容式和电磁式等。其中,柔性电容式三维力传感器具有高灵敏度、大量程、宽动态测试范围、复杂环境下传感性能良好等优异特性,因此被广泛应用于触觉传感、电子皮肤、人机交互等领域。但是目前已设计的柔性电容式三维力传感器仍然存在着一些问题,如:三维力的解耦方式繁琐,开发成本较高,传感器结构复杂,传感器的灵敏度不能达到需求等。为了进一步解决这些问题,使得柔性电容式三维力传感器有更好的实际应用,本文分别从传感器的电极层和介质层的设计出发调控传感器的传感性能,并进行应用研究探索。本文的研究内容主要包括:1.受自然界中花瓣结构的启发,设计了一种具有花瓣结构阵列电极的柔性电容式三维力传感器。该传感器由顶部电极、介质层和底部电极组成。顶部电极由八个独立的花瓣电极组成,底部电极由一个圆形的公共电极组成,介质层由Ecoflex和多壁碳纳米管的复合材料制备而成,并用Ecoflex对传感器进行封装。当传感器受到外力作用时,只有部分顶部极板与底部极板产生投影面积的改变,从而可将三维力直接分解为法向作用力和切向作用力,降低传感器解耦三维力的复杂度。通过对传感器传感性能的研究,结果表明传感器的灵敏度较高(1.101 k Pa),响应时间短（63 ms）,具备良好的迟滞性和稳定性（500次法向压力循环和50次切向压力循环）。通过理论推导得到了传感器所受三维力的解耦运算公式,并进行三维力测试验证,传感器表现出较高的解耦精度（误差在6%之内）。传感器优异的力学感知特性使得其在触觉识别和手写识别方面有很好的应用前景。通过触觉测试的结果表明,该传感器在静态环境和动态环境下都具有良好的触觉传感功能;手写识别测试的结果表明,该传感器可以克服手写时力度与角度的影响,能够识别佩戴者的书写内容,实现手写识别的功能。2.以Ecoflex和溴化1-丁基-3-甲基咪唑（离子液体）复合材料为介质层,构筑具有双电层电容效应的柔性电容式三维力传感器,进一步提升传感器的传感灵敏度。该传感器的顶部电极由一个正方形电极组成,介质层含有微金字塔结构,底部电极由四个正方形电极组成阵列电极。当传感器受到外力作用时,顶部极板与底部极板的四个独立传感单元均产生投影面积的改变,从而提高了传感单元的利用率,进一步降低传感器解耦三维力的复杂度。通过对传感器传感性能的研究,结果表明该传感器的灵敏度显著提高(38.3 k Pa),响应快（62 ms）,具备良好的迟滞性和稳定性（2500次法向压力循环和200次切向压力循环）。针对传感器包含非线性因素的问题,通过三维力校准实验对传感器所受的三维力进行理论解耦,再利用BP神经网络搭建模型解耦三维力,并通过三维力测试对比理论解耦与BP神经网络解耦的精确性。结果表明,利用BP神经网络解耦三维力的精度可达10。进一步通过测试验证了将该传感器在机械手的抓取识别和抓取状态的调控方面具有良好的可控性,表明其在人工智能领域有潜在的应用前景和很高的应用价值。

关键词：柔性传感器三维力检测电容传感电极层介质层

Hg_2Br_2声光器件的换能器带宽和镀层厚度的确定

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南昌大学学报（理科版） 2003年第4期27卷 394-398页

作者：谢本亮赣南师范学院科研处江西赣州341000

提出用环氧树脂聚合物作为换能器与Hg2Br2声光介质的缓冲层(粘接层),设计Hg2Br2声光器件的换能器。根据换能器等效电路网络分析法,就x切LN/Hg2Br2声光器件的电极层各种金属材料和厚度计算了换能器损耗TL随规一化频率f/fo的变化关系。从... 详细信息

提出用环氧树脂聚合物作为换能器与Hg2Br2声光介质的缓冲层(粘接层),设计Hg2Br2声光器件的换能器。根据换能器等效电路网络分析法,就x切LN/Hg2Br2声光器件的电极层各种金属材料和厚度计算了换能器损耗TL随规一化频率f/fo的变化关系。从声光器件的布喇格带宽和工艺条件出发,优化选择了换能器损耗为3dB范围内的换能器结构、电极层材料及其厚度和压电层厚度,并确保了换能器的倍频程带宽。

关键词： Hg2Br2声光器件换能器带宽镀层厚度电极层

气溶胶喷印技术研究及其在有机薄膜晶体管中的应用

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气溶胶喷印技术研究及其在有机薄膜晶体管中的应用

作者：杨丽媛河北师范大学

学位级别：硕士

有机薄膜晶体管由于材料来源广、成本低和易加工等优点以及在电子工业低成本和大面积柔性制备等领域表现出广阔的应用前景而受到越来越多的关注。气溶胶喷印作为一种新兴的微图案加工技术，凭借其低成本、高分辨率、与柔性衬底兼容等优... 详细信息

有机薄膜晶体管由于材料来源广、成本低和易加工等优点以及在电子工业低成本和大面积柔性制备等领域表现出广阔的应用前景而受到越来越多的关注。气溶胶喷印作为一种新兴的微图案加工技术，凭借其低成本、高分辨率、与柔性衬底兼容等优势，正逐步成为制备显示器、高效太阳能电池、传感器等电子器件的理想方法。本论文主要工作是利用气溶胶喷印设备制备了有机薄膜晶体管的电极层、半导体层、绝缘层，并对其进行了表征。同时，制备了有机薄膜晶体管，比较了基于PEDOT:PSS电极和Ag电极的有机薄膜晶体管的性能差异。并基于前面的研究结果，用气溶胶喷印技术制备了全印刷的有机薄膜晶体管，测试了其性能，并进行了分析。主要内容包括： (1)采用导电聚合物PEDOT:PSS水溶液作为电极材料,利用气溶胶喷印设备制备了电极薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及四探针测试薄膜的形貌和电学特性，系统研究了加入乙二醇、丙三醇溶剂对导电薄膜的卫星液滴、表面形貌和导电特性的影响，以及在PEDOT:PS与丙三醇混合溶液中掺杂银纳米线或石墨烯对薄膜导电性能的影响。实验结果显示：添加乙二醇和丙三醇溶剂可有效地控制PEDOT:PSS薄膜卫星液滴的产生，降低导电薄膜的粗糙度，粗糙度由263nm分别降为47.7nm和2.9nm。同时，PEDOT:PSS薄膜的导电性在加入乙二醇、丙三醇溶剂后也获得了明显的提高，薄膜方块电阻从原来的3.31×10Ω/口，分别降为加入乙二醇后的4.53×10Ω/口，及加入丙三醇后的4.61×10Ω/口。此外，银纳米线及石墨烯的掺杂能进一步提高PEDOT:PSS/丙三醇薄膜的导电性能。薄膜方块电阻从原来的3.16×10Ω/口，分别降为加入银纳米线后的321Ω/口，及加入石墨烯后的267Ω/口。 (2)采用聚3-己基噻吩(P3HT)作为半导体材料，利用气溶胶喷印设备制备了半导体薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及台阶仪测试薄膜形貌和厚度，系统研究了溶剂以及喷印参数对薄膜表面形貌和厚度的影响。结果显示：喷印P3HT半导体材料时，氯仿加松油醇是最优的溶剂;喷印速度为(0.5mm/s或1mm/s)、送雾气流(10ml)时，喷印沉积的薄膜致密均匀，成膜质量较好。而且在其它参数固定的情况下，喷印速度越快，送雾气流越小，喷印沉积的薄膜厚度越小;喷印速度越慢，送雾气流越大，喷印沉积的薄膜厚度越大。 (3)采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PMMA和离子液体([EMIM][TFSI])混合材料做绝缘层，利用气溶胶喷印设备制备了绝缘层薄膜。利用光学显微镜、原子力显微镜以及探针台测试薄膜形貌和介电常数，系统研究了溶剂以及配比的不同对薄膜表面形貌和介电常数的影响。结果显示：PMMA与离子液体混合且配比为3:7，采用苯甲醚作溶剂时，喷印沉积的薄膜质量最好，介电常数最高，更适合做器件的绝缘层。 (4)利用气溶胶喷印设备制备了PEDOT:PSS电极和银电极，分别制备成有机薄膜晶体管，并且利用探针台测试其性能并进行了对比。结果显示：基于PEDOT:PSS电极和银电极的有机薄膜晶体管的载流子迁移率分别为：1.1×10cmVs和2.9×10cm2Vs，性能相差不大。 (5)利用气溶胶喷印设备制备了全印刷的有机薄膜晶体管，并且利用探针台测试其性能。结果显示：该器件在源漏电压3V时即达到饱和，具有较低的驱动电压。这主要是由于采用了高介电常数的绝缘材料，有效降低了器件工作电压。

关键词：气溶胶喷印有机薄膜晶体管电极层半导体层绝缘层

检测汽轮发电机水冷定子绕组中潮湿线棒的技术

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国外大电机 2004年第3期 14-18页

作者： Y.Inoue 关玉薇邹淑英

大容量直接水冷汽轮发电机定子线棒由于电腐蚀可能会在水盒纤焊部位发生冷却水向对地绝缘泄漏的情况。一旦冷却水泄漏，由湿热引起的水解作用会加还线棒绝缘老化。因此为了安全运行和正确维护，有必要在早期检测出水泄漏。普通定子线棒... 详细信息

大容量直接水冷汽轮发电机定子线棒由于电腐蚀可能会在水盒纤焊部位发生冷却水向对地绝缘泄漏的情况。一旦冷却水泄漏，由湿热引起的水解作用会加还线棒绝缘老化。因此为了安全运行和正确维护，有必要在早期检测出水泄漏。普通定子线棒绝缘只由云母带叠绕而成，还有另外一种结构的线棒，在线圈端部的对地绝缘中间层中夹有导电层（内部电极层）。内部电极层起分压作用，因此线棒端部表面电场得到了抑制。电容测量法普遍用于检测前一种结构线棒的潮湿情况。但这种方法不能应用于后一种结构的线棒。为检测后一种结构的潮湿线棒，我们开发了玫种新的灵敏的方法，简单介绍了我们在电容法方面的许多经验后，本文详细介绍了新开发的用于带有内部电极的线棒的方法。

关键词：定子线棒汽轮发电机定子绕组电极层绝缘老化云母带对地绝缘潮湿导电层电腐蚀

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骇客

科技创业 2010年第2期 100-101页

Kindle电子书的屏幕是由美国马萨诸塞州剑桥市E-Ink公司研发的．采用的是每2.54厘米167像素．总像素为600×800的显示技术。该屏幕前端是一层透明电极，下端是数百万正电白色粒子和负电黑色粒子组成的微胶囊.

关键词： E-Ink公司骇客马萨诸塞州显示技术透明电极微胶囊电子书电极层

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DI工艺和NIP工艺的比较(二)

广东印刷 2005年第5期 25-26页

作者：夏自由刘武辉武汉大学印刷与包装系

四、成像原理比较***印刷成像制版原理最先的DI印刷工艺采用电火花烧蚀技术,应用于无水胶印.印版的版基上依次涂布了亲墨层、反向电极层和疏墨层.成像时产生的电火花,将印版外层的疏墨层和反向电极层烧蚀掉,露出里面的亲墨层,于是在疏... 详细信息

四、成像原理比较***印刷成像制版原理最先的DI印刷工艺采用电火花烧蚀技术,应用于无水胶印.印版的版基上依次涂布了亲墨层、反向电极层和疏墨层.成像时产生的电火花,将印版外层的疏墨层和反向电极层烧蚀掉,露出里面的亲墨层,于是在疏墨层的印版上形成亲墨的图文区域.

关键词：印刷工艺 NIP 成像原理制版原理印刷成像无水胶印电火花电极层印版

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发明与专利

传感器世界 2018年第9期24卷 48-49页

【摘要】一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器及其制造方法，为了解决电化学气体传感器的灵敏度低、选择性差、难以形成阵列化和集成化的问题。传感器包括上电极层、电解池层、下电极层和引出层，依次对位叠层，上电极层的催... 详细信息

【摘要】一种开放式、阵列化、集成化的电化学气体传感器及其制造方法，为了解决电化学气体传感器的灵敏度低、选择性差、难以形成阵列化和集成化的问题。传感器包括上电极层、电解池层、下电极层和引出层，依次对位叠层，上电极层的催化电极半封闭式覆盖第一电解池通孔，电解池层的基片上设有第二电解池通孔：2个电解池通孔相通，形成电解池腔，下电极层的基片上设有对电极，位于电解池腔正下方，引出层的基片上设有多个引出端。本发明的传感器适用于同时探测多种目标气体浓度。

关键词：电化学气体传感器发明专利电解池电极层制造方法半封闭式催化电极