压阻

柔性应变传感器是在从医疗保健到软机器人等领域应用于人体监测的基础设备。可伸展的压电应变传感器越来越受到人们的兴趣，为这些传感器设计新颖、稳健和低成本的传感单元，以本征导电聚合物( ICP )为主要材料。我们研究了一种基于交联静电纺丝纳米纤维( NFs )的敏感元件，直接收集和热处理在柔性和生物相容性的聚二甲基硅氧烷( PDMS )基底上。以聚环氧乙烷( PEO )和聚3，4 -乙撑二氧噻吩( 3，4 -乙撑二氧噻吩)为共混物，聚苯乙烯磺酸盐( PEDOT：PSS )为基体，优化了ICP的纳米结构活性层，特别是通过PEO和PSS交联提高电导率，保持纳米结构，优化了敏感层与基体的耦合。我们证明纳米结构的活性材料可以获得优异的性能。我们对该传感器在压缩和牵引两种模式下的压阻响应进行了分析，得到电阻增加高达90 %。量规因子( GFs )反映了所观察到的超常压阻行为：45.84在牵引模式和208.55在压缩模式，远高于文献中非纳米结构PEDOT的结果。

柔性应变传感器是应用于从医疗保健到软机器人等领域的人体监测的基本设备。以本征导电聚合物( ICPs )为主导材料，设计新型、鲁棒、低成本的可拉伸压电应变传感器受到了越来越多的关注。我们研究了一种基于直接收集的交联电纺纳米纤维( NFs )的敏感元件，并将其在柔性和生物相容性好的聚二甲基硅氧烷( PDMS )基底上进行热处理，优化了以聚环氧乙烷( PEO )和聚3，4 -乙撑二氧噻吩( 3，4 -乙撑二氧噻吩)共混掺杂聚(苯乙烯磺酸盐) ( PEDOT：PSS )为ICP的纳米结构活性层，特别是在通过PEO和PSS交联促进电导率的热处理、保持纳米结构以及优化敏感层与基底的耦合方面。我们证明纳米结构的活性材料可以获得优异的性能。我们分析了传感器在压缩和牵引两种模式下的压阻响应，得到了高达90 %的电阻增量。量程因子( GFs )反映了所观察到的非同寻常的压阻行为：模式为45.84，压缩模式为208.55，远高于文献中非纳米结构PEDOT的结果。

在动物体内发现的流动感受器通常具有柔软细长的结构(如鱼类神经瘤、昆虫毛发、哺乳动物体视纤毛束等)，能够响应周围微小的流动扰动，提高动物对猎物和/或捕食者的警惕性。然而，模拟其生物对应的材料特性(如低弹性模量)和几何结构(如大展弦比结构)的仿生流动传感器的制备仍然是一个挑战。本工作借鉴自然界中发现的机械感应式流动传感原理，发展了一种简便、低成本的制备大展弦比( HAR )悬臂梁式流动传感器的方法。提出的工作流程包括高分辨率3D打印制作主模，复制件成型制作HAR聚二甲基硅氧烷( PDMS )悬臂梁(厚度0.5 ~ 1 mm，宽度3 mm，长宽比20 )，微流控通道( 150 µ m宽×90 µ m深)压印，最后将石墨烯纳米片墨水滴注到微流控通道中，在悬臂梁固定端附近制作压阻式应变片。压阻式流量传感器在风洞内受控气流( 0 ~ 9 m / s )中进行测试，其灵敏度高达5.8 kΩ / ms-1，滞后性低(全尺寸偏转的11 % )，重复性好。传感器输出对气流速度呈现二阶依赖性，与解析和有限元模型预测吻合较好。此外，该传感器还采用振荡偶极子在水箱内进行激励，在15 Hz的激励频率下，能够感知16 - 30 µ m / s的振荡流速。本工作提出的方法可以方便快速地成型柔性HAR结构，这些结构可以作为功能仿生流动传感器和/或物理模型应用于解释生物现象。

利用纳米复合材料制作的压阻触觉传感器具有良好的柔韧性、电学性能和灵敏度。但是，通过实现填料材料的均匀分散和利用有效的结构设计来改善触觉感知性能，可以显著提高感知性能，特别是在低压范围。本研究以多壁碳纳米管( MWCNTs )为导电填料，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为聚合物基体，制备了一种新型的具有网格状微结构的柔性压阻触觉传感器。研究重点在于通过使填料材料均匀分散，优化传感器设计和结构，提高触觉传感器性能。采用相同的网格结构传感层(线宽、线间距、厚度为1 mm )，MWCNTs在PDMS中的掺杂质量比在1 ~ 10 wt . %之间变化。掺杂比例为7 wt . %的传感器性能最稳定，在10 ~ 20 kPa的低气压范围内的灵敏度为6.821 kPa - 1，在30 ~ 200 kPa的饱和范围内的灵敏度为0.029 kPa - 1。并对网格结构尺寸进行了优化，分析了网格结构、灵敏度和传感范围之间的关系。为了验证压阻原理，推导了压力与电阻输出的关系式。对于网格结构，线宽、线间距和厚度分别为1、1和0.5 mm的网格结构响应最为稳定和改善。在50 ~ 130kPa的低压范围内，灵敏度为0.2704 kPa - 1；在140 ~ 200kPa的饱和范围内，灵敏度为0.0968 kPa - 1。压阻响应主要与量子隧穿效应有关，可以根据掺杂剂浓度和网格微结构进行优化。

利用纳米复合材料制作的压阻触觉传感器具有良好的柔韧性、电学性能和灵敏度。但是，通过实现填料材料的均匀分散和利用有效的结构设计来改善触觉感知性能，可以显著提高感知性能，特别是在低压范围。本研究以多壁碳纳米管( MWCNTs )为导电填料，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为聚合物基体，制备了一种新型的具有网格状微结构的柔性压阻触觉传感器。研究重点在于通过使填料材料均匀分散，优化传感器设计和结构，提高触觉传感器性能。采用相同的网格结构传感层(线宽、线间距、厚度为1 mm )，MWCNTs在PDMS中的掺杂质量比在1 ~ 10 wt . %之间变化。掺杂比例为7 wt . %的传感器性能最稳定，在10 ~ 20 kPa的低气压范围内的灵敏度为6.821 kPa - 1，在30 ~ 200 kPa的饱和范围内的灵敏度为0.029 kPa - 1。并对网格结构尺寸进行了优化，分析了网格结构、灵敏度和传感范围之间的关系。为了验证压阻原理，推导了压力与电阻输出的关系式。对于网格结构，线宽、线间距和厚度分别为1、1和0.5 mm的网格结构响应最为稳定和改善。在50 ~ 130kPa的低压范围内，灵敏度为0.2704 kPa - 1；在140 ~ 200kPa的饱和范围内，灵敏度为0.0968 kPa - 1。压阻响应主要与量子隧穿效应有关，可以根据掺杂剂浓度和网格微结构进行优化。