摘要
近年来，柔性应变传感器凭借其柔韧性好、适应性强、灵敏度高、以及轻薄等特点，在智能穿戴、运动监测、人机交互、软体机器人、健康诊断等领域应用广泛，但传统制造工艺无法满足柔性应变传感器制备中柔性基底自由选择与功能匹配的制备需求，且国内有关气溶胶微喷射打印技术制备柔性应变传感器的研究尚少。根据以上背景，本文利用气溶胶微喷射打印工艺不受限于柔性基底且打印定位精度高的优势，研究通过气溶胶微喷射打印技术制备柔性应变传感器的方法，解决传统制备工艺在制造柔性应变传感器上的困难，为制备柔性应变传感器提供了创新的解决方案。本文主要研究内容如下： 1.研制了一套适用于制备柔性应变传感器的气溶胶微喷射打印平台。自主研发了该平台的超声雾化装置，可以雾化黏度范围在0.7-30mPa·s、粒子直径lt;50nm的纳米粒子墨水。自主研发了该平台的喷头装置，该喷头装置可通过控制鞘气与载气流量调控打印线宽，且可以控制打印喷嘴的开关。设计了气溶胶微喷射打印平台的硬件控制系统，选用运动控制卡ECI3808、气体质量流量计F-201CB等打印平台硬件并将这些硬件组装，最终得到可用于制备柔性应变传感器的气溶胶微喷射打印平台。 2.通过C++编程语言在Qt环境下开发了气溶胶微喷射打印平台专用的配套软件。设计了该软件的图形界面，使研究人员可与软件进行更便捷的交互。开发了软件的路径规划模块、在线监测模块以及打印执行模块，软件可实现DXF文件解析、路径规划与预览、闭合图案蛇形填充等路径规划功能，以及控制打印进度、管理打印命令、在线监测打印参数等重要功能。通过进行打印实验，证明了该软件可实现传感器非闭合图案的打印与传感器闭合图案的蛇形填充。 3.探究了气溶胶微喷射打印工艺参数对打印银线宽度的影响规律，得出增大鞘气流量或缩小喷头内径能有效减小打印线宽的结论。通过等离子清洗技术增加基底表面附着力，解决了打印过程中传感器因基底表面纳米银液滴凝聚而导致的不导电问题，使用纳米银墨水与PDMS基底制作了用于人体运动检测的电阻式柔性应变传感器。利用高精度万用表检测传感器受力时产生的电信号变化，测试传感器在无应力状态下导电性良好且稳定，计算出传感器应变范围在3.5%内且灵敏度可达163.84。最后将传感器用于人体手指部位的运动监测，证明其具有检测微小信号的能力。测试结果表明，气溶胶微喷射打印工艺可用于制备所需要的柔性应变传感器，在智能穿戴设备上具有应用潜力。
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