摘要
柔性传感器在未来的生活和工作中具有越来越重要的地位，这就意味着对柔性传感器在灵敏度和力学性能上将提出越来越高的要求。本论文提出利用嵌入式可变形碳泡沫电极诱导聚合物水凝胶中双电层（EDL）电容变化，来实现对多种力学激励模式，如拉伸和垂直压力的高灵敏度探测。不同于传统的载荷改变电容器电极间距离（最小至微米级）形成电容响应的介电电容传感器，双电层电容器两极间距离极小（纳米级）且很难改变，它是通过载荷改变电极面积从而改变电量而形成电容响应，因此电容值更大，更容易测量，对力学激励的响应更灵敏。 利用电容式感应机理，本论文设计制备了碳泡沫/聚合物水凝胶柔性复合材料。其中离子在碳泡沫骨架和水凝胶的接触界面处形成双电层电容（EDL），外界的力学激励会改变碳泡沫骨架与水凝胶的接触面积，进而引起双电层电容值的变化。我们首先研究了碳泡沫和碳泡沫/水凝胶复合材料的制备方法，得到了最优工艺条件参数，对其微观结构和力学性能进行了表征和测试。然后考察了碳泡沫/水凝胶复合材料对压力和拉伸两种力学激励模式的感应性能，包括灵敏度、稳定性和耐疲劳性能等。结果显示，该材料对垂直压力的感应灵敏度可达到2.33，对拉伸变形的感应灵敏度为0.67，且具有良好的稳定性。同时，这种材料的力学性能较好，具有良好的柔性和耐疲劳性，且制备成本低，制备方法简单，有望被应用于柔性传感器中。
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