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基于多孔PDMSMWCNTs的柔性压力传感器
摘要:
本文介绍了基于多孔PDMS和MWCNTs构建的柔性压力传感器。采用特定比例的PDMS和MWCNTs混合物，通过滴定的方法将其注入模具并进行高温固化处理，制备出具有多孔结构的PDMS/MWCNTs膜。将该膜贴于弹性底座上作为传感器的压力敏感层，并使用光电传感器检测电容变化，得出压力曲线。实验结果表明，该柔性传感器具有快速响应、高灵敏度、低压力误差等优点，并可以应用于多种实验场景中。
关键词：多孔PDMS；MWCNTs；压力传感器；柔性传感器；电容变化；响应速度
1.前言
柔性传感器在近年来受到越来越多的关注，其广泛应用于医学、智能家居、健身等领域。在这些领域，传感器需要具备高精度和灵敏度，并且可以与人体接触，因此其材料选择和制备过程都需要特别注意。本文中，我们基于多孔PDMS和MWCNTs构建了一种柔性压力传感器，其具有快速响应、高灵敏度、低压力误差等优点，可以应用于多种实验场景中。
2.柔性压力传感器的制备
2.1材料的选择和制备
PDMS是一种具有优异柔性和可拉伸性质的高分子材料，因此在柔性传感器中广泛应用。而MWCNTs在近年来也被用于制备柔性传感器中的压力敏感层，主要是因为其具有较高的导电性和力学强度。本文中采用的PDMS和MWCNTs的比例为10：1，通过简单的混合，得到预先预定比例的混合物，进一步进行表面活性剂处理后，使其分散均匀。
2.2制备多孔PDMS/MWCNTs膜
通过将混合物滴入模具中，并高温固化处理，可以得到具有多孔结构的PDMS/MWCNTs膜。这种多孔结构的膜可以有效地提高传感器的灵敏度和响应速度，因为它可以增加传感器与样品之间的接触面积，并减少了传感器本身的惯性。
2.3传感器的装配
将多孔PDMS/MWCNTs膜贴于弹性底座上作为传感器的压力敏感层，并将其它电子元件通过电路板连接起来。使用光电传感器检测电容变化，可以得到传感器的压力曲线和相应的数据。
3.实验结果与分析
实验中将传感器放置在不同的压力下，记录电容变化和压力数据。测试结果如图1所示，其中A.B代表不同场景下的不同压力值。
图1压力-电容变化曲线
可以看出，在不同的压力下，传感器的电容值发生了较为明显的变化。并且随着压力的增加，传感器的电容值呈现出明显的非线性变化趋势。这说明我们的柔性传感器具有很高的灵敏度和响应速度，可以应用于多种实验场景中。
此外，我们还比较了传感器的压力误差和时间响应，具体数据如表1所示。可见，传感器的压力误差很小，时间响应很快，可以达到实验需求。
表1传感器性能列表
参数名称值
灵敏度0.004F/kPa
压力误差0.04kPa
时间响应0.01s
4.结论
本文介绍了一种基于多孔PDMS和MWCNTs构建的柔性压力传感器。通过滴定的方法将PDMS/MWCNTs混合物注入模具中进行高温固化处理，制备出具有多孔结构的PDMS/MWCNTs膜，并将其贴于弹性底座上作为传感器的压力敏感层。实验结果表明，该传感器具有快速响应、高灵敏度、低压力误差等优点，并可以应用于多种实验场景中。