基于多孔电介质材料的电容式触觉传感器研究

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1、单位代码：10359密级：公开学号：2015170752分类号：TP212HefeiUniversityofTechnology硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION（专业硕士）论文题目：基于多孔电介质材料的电容式触觉传感器研究专业名称：集成电路工程作者姓名：伍璨导师姓名：刘彩霞副教授完成时间：2018年03月合肥工业大学专业硕士学位论文基于多孔电介质材料的电容式触觉传感器研究作者姓名：伍璨指导教师：刘彩霞副教授学科专业：集成电路工程研究方向：敏感电子学与传感技术2018年03月ADissertationS

2、ubmittedfortheDegreeofMasterResearchoncapacitivetactilesensorbasedonporousdielectricmaterialByWuCanHefeiUniversityofTechnologyHefei,Anhui,P.R.ChinaMarch,2018致谢时光荏苒，短暂而又充实的三年硕士研究生生涯已经接近尾声。此项研究工作以及学位论文是在导师刘彩霞副教授的亲切关怀下，从论文前期选题的准备工作，到制定论文的整体框架与内容，再到最终的修正与定稿，都离不开刘彩霞老师

3、的悉心教诲。在此，向刘老师表示最真诚的谢意，感谢在学术上给予我的耐心的指导，生活上无微不至的照顾！感谢本课题组的黄英教授，黄老师从严从实的治学态度，科学严谨的治学方针，不断而且深刻地影响着我；感谢本课题组的刘平老师，感谢师兄郭小辉博士，是你们在科研的道路上给予我指明了方向，带给我正确的科研方法；感谢师兄马阳洋、江宜州、汪卫华、邱世华、腾珂、刘家俊、方定，孙志广，感谢师姐汪月、何晓月，感谢同级的毛磊东、高乐、阚文清、解志诚，感谢赵雨农、王文东、郝超、潘卫东、曾晓、张津源等师弟师妹们，是你们给予了我支持和帮助，是你们三年来一

4、路陪伴，感谢有你们。最后感谢我的家人、朋友，感谢你们对我的理解、关心和帮助，感谢你们的无私付出，在此向你们表达我深深的敬意。作者：伍璨2018年03月I摘要随着传感技术的快速发展，满足灵敏度高、质轻等特点的柔性可穿戴设备在航天、机器人、电子仿生皮肤等诸多领域具有广泛的应用前景。论文对石墨烯/炭黑/硅橡胶的多孔复合材料及基于多孔发泡电介质的电容式触觉传感器进行了研究和实验。研究结果对提高电容传感器的性能及在人工智能皮肤上的应用具有实际意义。本文利用发泡剂制备石墨烯/炭黑/硅橡胶多孔复合材料，研究发泡对复合材料渗流阈值、导电

5、性、相对密度的影响，并结合导电通路理论，建立了发泡材料电导率与微孔结构的关系，对复合材料进行微观表征和特性分析。实验结果表明：发泡使石墨烯/炭黑/硅橡胶复合材料的渗流阈值降低，多孔复合材料电导率随发泡程度呈现非单调性变化规律，且当发泡剂含量与发泡时间的数值乘积接近某一定值时，电导率达到最高，可用于制备具有特定电导率的复合材料。基于高导电性、高弹性的多孔发泡复合材料制备电容触觉传感单元电介质层，研究了传感单元的感知原理、结构设计及灵敏度优化。设计合理拓扑结构的传感阵列，实现触觉信号的采集及在LabVIEW上可视化的实时显示

6、。实验表明：采用多孔复合电介质材料的电容触觉传感阵列具有良好的稳定性和较高的灵敏度，在未来电子皮肤、可穿戴设备等领域具有很大的潜在应用价值。关键词：石墨烯/炭黑/硅橡胶；发泡；多孔结构；电容式触觉传感器IIABATRACTWiththedevelopmentofwearabletechnology,flexiblesensorsthatmeetthecharacteristicsoflightweight,highsensitivity,andwidemeasurementrangehavewideapplication

7、prospectsinmanyfieldssuchaselectronicdevicesandrobots.Inthispaper,thefoamedGNPs/CB/SRnanocompositesandthecapacitivesensingunitbasedonporousnanocompositesdielectricmaterialswereanalyzedandresearchedexperimentally.Thecapacitivesensingunitbasedonporousnanocomposites

8、dielectricmaterialswasmadetoprovideimportantpracticalsignificanceforimprovingtheperformanceofcapacitivesensors,andappliedtoartificialintelligencee-skin.Thenano