基于柔性微电极阵列的人工皮肤关键技术研究

摘要

随着科学技术的进步和发展，智能传感器越来越受到社会各界的重视。基于柔性可拉伸微电极薄膜应变传感器是一款可感知物体表面受到拉力作用后应变大小的电子器件，它能够贴附在不光滑、不平整的表面，在智能机器人、人工皮肤、可穿戴式电子设备等研究领域有着非常广泛的应用。金具有良好的电学性能，可与柔性基底的结合获得具有可拉伸性能、信号稳定的柔性传感材料，为柔性可拉伸薄膜应变传感器的制备和性能提高提供了一个新的思路。本论文以制备和优化柔性可拉伸微电极薄膜应变传感器的性能为目标，开展了金薄膜微观形貌对传感器导电性能影响的机理研究，提出了等效电阻网络模型，并通过实验数据对该模型进行了验证。
　　在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底上以不同条件溅射沉积导电金薄膜，制备柔性可拉伸微电极，然后对制备出的电极进行拉伸测试，通过数据的整理和分析研究了电极的电阻V.S.应变特性，并结合金薄膜微观形貌图对比了不同工艺和不同实验条件下电极的拉伸率、稳定性、线性度等参数。
　　基于等效电阻网络模型理论，分析了在拉伸测试过程中电极金薄膜的微裂纹形貌对正电阻-应变特性(PSCR)的影响。通过理论与实验相结合，发现金薄膜与柔性基底的结合的电阻V.S.应变特性与金薄膜表面的微观形貌有关，在一定的拉伸范围内(100％)，当微裂纹未扩张到最大尺寸，电阻随着应变的增大而增大；而当金薄膜微裂纹扩张到贯穿整个金薄膜的尺寸时，电极上导电通路就被切断，电阻不再随应变的增大而发生变化。
　　基于金薄膜在柔性基底上的电阻V.S.应变特性，做出一种新型的可用于机器人人工皮肤的柔性可拉伸微电极薄膜应变传感器，对传感器的基本性能参数进行了初步测试，实现了对应变的实时测量。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

第2章 柔性可拉伸微电极的制备

2.1引言

2.2实验材料及设备

2.3 柔性基底制备

2.4 柔性基底上金薄膜的制备

2.5金薄膜的微观形貌与性能研究

2.6 本章小结

第3章 柔性可拉伸微电极的封装与测试

3.1 引言

3.2柔性可拉伸微电极封装

3.3柔性可拉伸微电极的基本指标

3.4柔性可拉伸微电极的性能测试

3.5 本章小结

第4章 基于等效电阻网络模型的电阻特性分析

4.1 引言

4.2柔性可拉伸微电极的电阻变化V.S.应变原理

4.3 等效电阻网络模型的建立

4.4柔性可拉伸微电极实验与分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

攻读硕士期间参与的项目和申请的专利

致谢

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