基于碳基复合材料的印刷弯曲传感器制备及性能研究

本论文使用碳黑，石墨，石墨烯等碳系浆料，与树脂和助剂混合制成可印刷油墨。通过比例调配、助剂效果比较，烧结温度，研磨次数等条件优化，研究不同组分、添加剂以及制备工艺对弯曲传感油墨的影响，并基于这一研究设计了两款机理不同的弯曲传感器。与现有的基于光学的弯曲传感器不同，本文设计的传感器主要是基于裂纹结构设计和复合材料界面微结构增强机理而制备的电阻型弯曲传感器。第一种传感器的工作原理是通过材料配方调配和工艺调整，使功能层在受弯曲应力时产生裂纹，导电网络部分断裂从而使器件整体电阻增大，并且由于裂纹可逆的断开和连接极大地提升了器件的灵敏度。传感器电阻与弯曲角度在0-90°内呈线性，线性方程为y=0.07509x+2.39091，相关系数R=0.98421。可以较为准确地测量传感器测量的应力弯曲角度。第二种传感器的工作原理是通过结构设计将力敏传感墨层与插指电极贴合，受弯曲时墨层与电极之间的接触面积增加，导电通道增多从而器件电阻变小。传感器电阻与弯曲角度在0-90°内呈线性，线性方程为y=-1.61242x+154.82909，相关系数为R=0.97779。该传感器除了能够测量弯曲角度外，还可检测垂直