聚丙烯酰胺基水凝膠柔性應(yīng)變傳感器的制備及性能

聚丙烯酰胺基水凝膠柔性應(yīng)變傳感器的制備及性能

摘要：

隨著柔性電子技術(shù)的發(fā)展，柔性傳感器在可穿戴設(shè)備、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以聚丙烯酰胺基水凝膠為基礎(chǔ)材料，通過(guò)簡(jiǎn)單的制備工藝，成功制備了一種柔性應(yīng)變傳感器。通過(guò)對(duì)該傳感器的性能評(píng)估與測(cè)試，驗(yàn)證了其在應(yīng)變檢測(cè)方面的可靠性和靈敏性。

1.引言

柔性傳感器作為一種新型的傳感器，與傳統(tǒng)的硬性傳感器相比，具有重量輕、體積小、可隨意彎曲等特點(diǎn)，在可穿戴設(shè)備、健康監(jiān)測(cè)、智能醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的發(fā)展，制備柔性傳感器的方法也越來(lái)越多樣化，其中聚丙烯酰胺基水凝膠作為一種重要的柔性材料，在傳感器制備中得到了廣泛應(yīng)用。

2.制備方法

2.1材料準(zhǔn)備

聚丙烯酰胺基水凝膠是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵材料，它具有優(yōu)異的柔性和可塑性。先將丙烯酰胺溶解在蒸餾水中，加入過(guò)碳酸鉀，通過(guò)加熱攪拌使其完全溶解成無(wú)色透明的溶液，然后經(jīng)過(guò)冷卻靜置，得到透明的聚丙烯酰胺基水凝膠。

2.2傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將制備好的聚丙烯酰胺基水凝膠切割成長(zhǎng)方形形狀，作為傳感器的感應(yīng)層，采用兩根金屬電極片作為電極層，將其與感應(yīng)層并排粘結(jié)在一起，最后通過(guò)導(dǎo)線將電極層與測(cè)量?jī)x器連接。

3.性能測(cè)試

3.1應(yīng)變測(cè)試

將制備好的柔性傳感器放置在應(yīng)變測(cè)試平臺(tái)上，通過(guò)調(diào)整平臺(tái)的張力可以產(chǎn)生不同程度的應(yīng)變。使用電壓表測(cè)量傳感器感應(yīng)層兩端的電壓差，根據(jù)電阻公式計(jì)算出傳感器的應(yīng)變程度。

3.2靈敏性測(cè)試

通過(guò)對(duì)傳感器感應(yīng)層施加不同程度的力，測(cè)量感應(yīng)層兩端的電壓差，根據(jù)電壓差與力的關(guān)系得到傳感器的靈敏性。

4.結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)應(yīng)變測(cè)試，得到以下結(jié)果：在0-500N的應(yīng)變范圍內(nèi)，傳感器輸出的電壓變化較為穩(wěn)定，與應(yīng)變大小呈正比關(guān)系，具有較好的線性性。經(jīng)過(guò)靈敏性測(cè)試，傳感器對(duì)于不同程度的力都能產(chǎn)生一定程度的電壓變化，且變化幅度較大，證明其靈敏性較好。

5.結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)制備聚丙烯酰胺基水凝膠柔性應(yīng)變傳感器，并對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試。結(jié)果表明，該傳感器具有良好的應(yīng)變檢測(cè)可靠性和靈敏性，適用于柔性電子設(shè)備、醫(yī)療行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)變監(jiān)測(cè)。本研究為柔性傳感器的制備及應(yīng)用提供了一種簡(jiǎn)單有效的方法。

附錄：

圖1.聚丙烯酰胺基水凝膠柔性應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.傳感器應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

圖3.傳感器靈敏性測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)應(yīng)變測(cè)試和靈敏性測(cè)試，我們對(duì)制備的聚丙烯酰胺基水凝膠柔性應(yīng)變傳感器進(jìn)行了性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，在0-500N的應(yīng)變范圍內(nèi)，傳感器的電壓變化穩(wěn)定，并與應(yīng)變大小呈現(xiàn)正比關(guān)系，具有較好的線性性。傳感器對(duì)不同程度的力也能產(chǎn)生一定程度的電壓變化，并且變化幅度較大，證明其具有良好的靈敏性。因此，該傳