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柔性应变传感器的结构及应用分析

来源:未知    发布时间:2022-01-19 18:03    点击量:    文章来源:南京默茂电子科技有限公司
        柔性应变传感器是一种很有价值的电子器件,在很多领域中都会应用到。尤其是在科技发展极为迅速的今天,一些航空领域、电子领域、工业领域等。本篇主要分析它的结构与应用,为客户甄选产品提供参考。
 

 

        一、柔性应变传感器的结构

        1、3D多孔结构
        三维多孔结构是另一种获得高拉伸性能的结构形式。大面积三维网状纳米结构,具有高可拉伸性,大大超出了块体材料的固有极限。与PDMS薄膜相比,破坏应变提高了约225%。将液态金属等导电材料填充到孔隙中,制备出高导电性、可拉伸的薄膜。有限元分析表明桥接元件在拉伸过程中旋转以适应应变。应变不是均匀分布的,桥接元件的应变最高,比施加的应变低。这解释了增强的拉伸能力。从那时起,已经有几种方法被发表来制造PDMS中的三维多孔结构,用于提高其拉伸度。
        2、面外波浪结构
        引入可拉伸性的最直观的方法之一是将高导电金属或导电纳米材料制成薄膜或带状,制成平面外扣。当施加应变时,波被拉直以适应大变形。衬底承受较大的应变,导电路径基本保持不变,在拉伸条件下电导稳定。弹性聚合物上的金属薄膜由于热膨胀失配而发生屈曲,从而产生有序的波状结构。金属薄膜(通常用电子束蒸发的方法在PDMS上沉积了50 nm厚的金,在此过程中PDMS发生了热膨胀。随后的冷却产生压应力在金属薄膜形成面外弯曲结构与波长的≈20 - 50µm。类似的工作证明了弹性体基材上的金属薄膜可以拉伸约10%,远远高于独立金属薄膜的破坏应变(通常≈1%),并且保持电连续性。
        3、面内蛇形结构
        为了实现高可拉伸电子电路,采用分形设计等具有平面可拉伸配置的金属线和蛇形结构。具有平面布局的刚性导电薄膜通常与弹性衬底结合或嵌入,以适应大的应变。蛇形结构的伸展性源自其蜿蜒的“二维弹簧”结构的延伸。虽然缺乏大的可伸展性,金属能够弯曲,如果截面足够小。这种结构在平面内弯曲,在平面外局部起皱,可以拉伸到非常大的应变。弹性材料中嵌入弹簧状金属线,其振幅为周期的一半,其导电率可达≈14.2%,远高于直丝(≈2.4%)。将振幅-波长比提高一倍,可使拉伸率提高到≈27.2%。通常在应力(或应变)集中的每个波的波峰和波谷处形成裂纹。


 

        二、柔性应变传感器的应用分析

        柔性应变传感器已成为未来智能设备发展的重要研究方向,在人机交互、电子皮肤和运动监控等领域具有广阔的应用前景。目前,柔性应变传感器已广泛用于可穿戴电子设备中以获取人体物理参数,但无论传感材料的可拉伸性如何,小应变变化的分辨率不足或加载/卸载状态之间的滞后现象,限制了这些传感器的各种应用。基于此,团队通过将液态金属共晶镓铟(EGaIn)嵌入到波浪形微通道柔性基底中,开发出一种微流体柔性应变传感器,其新型波浪形设计抑制了微通道的粘弹性,提高了变形恢复能力,改善了迟滞性和响应速度。


 

        综合来看,柔性应变传感器在未来智能设备方面具有广泛应用价值和前景。
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