《摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性壓力傳感器制備及測試分析》2100字

摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性壓力傳感器制備及測試分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u16017摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性壓力傳感器制備及測試分析綜述 1252891.1引言 1114781.2實驗所需原料及實驗設(shè)備儀器 1200311.2.1實驗原料 1164521.2.2實驗設(shè)備儀器 1104091.3摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性傳感器制備 2124281.1.1壓力傳感器的制備方法 282831.1.2壓力傳感器陣列的制備方法 267751.4表征測試 3285961.4.1SEM 312111.4.2能譜分析 3105301.5電化學(xué)性能測試 4277581.5.1CV測試 4164351.5.2EIS分析 577661.6電學(xué)特性測試 51.1引言在第二章中測試得到的海藻酸鈉柔性壓力傳感器的靈敏度以及電阻-壓力轉(zhuǎn)移特性曲線經(jīng)分析后可以得知，所制得的傳感器不能很好的支撐第四章中的應(yīng)用實現(xiàn)。在薄膜中摻雜入強(qiáng)電解質(zhì)可有助于薄膜電學(xué)性能的提升，可以較好地幫助后續(xù)的應(yīng)用實現(xiàn)。所以在第三章中需要制作摻雜強(qiáng)電解質(zhì)氯化鉀的海藻酸鈉柔性壓力傳感器并用SEM，能譜分析對其進(jìn)行表征，同時測試其電化學(xué)性能（CV測試，EIS分析）以及電學(xué)性能，為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。1.2實驗所需原料及實驗設(shè)備儀器1.2.1實驗原料實驗材料在2.2.1材料的基礎(chǔ)上額外增加氯化鉀粉末500g裝（天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司）。1.2.2實驗設(shè)備儀器實驗設(shè)備與2.2中的實驗設(shè)備相同。1.3摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性傳感器制備1.1.1壓力傳感器的制備方法摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性傳感器制備方法只需在2.1.1的第（4）步中額外稱量并加入0.2g氯化鉀粉末在燒杯中一起攪拌。其余步驟同2.3一致。1.1.2壓力傳感器陣列的制備方法傳感器陣列可以采集到分布式多點(diǎn)傳入的壓力信號，在未來智能電子設(shè)備中的應(yīng)用更加廣泛。壓力傳感器陣列的制備如下：(1)將制備好的摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜裁剪成相同大小的正方形薄膜，共9片。(2)用玻璃板作為底板，海綿作為基底，將三根銅箔電極橫向平行擺放在海面上。(3)將9片薄膜按合適的距離擺放在三根銅箔電極上，每行3個。(4)將另外三根銅箔電極垂直擺放在薄膜上，注意其間不要使電極互相接觸，避免短路。(5)將傳感器薄膜及銅箔電極在海綿上密封固定起來。(4)將另外三根銅箔電極垂直擺放在薄膜上，注意其間不要使電極互相接觸，避免短路。制得的柔性傳感器陣列如圖1.1所示。圖1.1摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性傳感器陣列（圖（a）為傳感器陣列模型圖，圖（b）為傳感器陣列）在第四章的心率檢測實驗設(shè)置中，單通道傳感器可以滿足信號采集需求，考慮可穿戴設(shè)備對體積小，集成度高的需求，因此在應(yīng)用中未使用傳感器陣列。1.4表征測試針對摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜主要進(jìn)行SEM、能譜分析表征測試。采用掃描電子顯微鏡（SEM）對其微觀形貌特點(diǎn)進(jìn)行表征。采用能譜分析(EDS)測試摻雜氯化鉀的海藻酸鈉的組成元素及其所對應(yīng)的含量。1.4.1SEM圖1.2摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜的掃描電鏡圖圖1.2是摻雜氯化鉀的海藻酸鈉通過掃描電子顯微鏡掃描得到的SEM掃描圖，可以從圖中分析得出其表面無大孔隙結(jié)構(gòu)，薄膜表面相對較光滑，可與導(dǎo)線緊密貼合。其微觀結(jié)構(gòu)為傳感器的壓力傳輸與電荷傳輸提供了基礎(chǔ)，保證了其穩(wěn)定的電學(xué)性能。1.4.2能譜分析 圖1.3摻雜氯化鉀的海藻酸鈉能譜分析結(jié)果圖圖1.3是摻雜氯化鉀的海藻酸鈉能譜分析結(jié)果，主要對其所含的元素種類以及其所對應(yīng)的大致含量進(jìn)行測定?？梢栽趫D中分析得出碳、氧、鈉、氯、鉀元素的存在及其大致比例，可以證明海藻酸鈉和所摻雜的氯化鉀自身的存在。1.5電化學(xué)性能測試1.5.1CV測試圖1.4摻雜氯化鉀得海藻酸鈉CV曲線圖圖1.4是摻雜氯化鉀的海藻酸鈉在不同掃速下得到的CV測試曲線圖，電勢窗口為-0.5V至0.5V，CV曲線與未摻雜的海藻酸鈉薄膜CV曲線形狀近似，有明顯的氧化峰與還原峰?？梢酝ㄟ^公式對CV曲線面積進(jìn)行計算，得到海藻酸鈉相應(yīng)的比電容值，計算公式如公式（2.1）所示[12]。利用公式計算出海藻酸鈉薄膜在掃速為50mV·S-1、100mV·S-1、200mV·S-1、300mV·S-1時對應(yīng)的比電容值，結(jié)果如表1.1所示。表1.1特定掃速下?lián)诫s氯化鉀海藻酸鈉薄膜的比電容值掃描速率(mVS-1)50100200300C(mF/cm2)42.22525.88111.6449.721由表中結(jié)果可知摻雜氯化鉀的海藻酸鈉比電容值與海藻酸鈉比電容值變化規(guī)律基本相同。在相同掃速下，摻雜氯化鉀的海藻酸鈉比電容值要大于未摻雜的海藻酸鈉。1.5.2EIS分析圖1.5摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜在105Hz~10-2Hz的EIS曲線圖1.5是摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜在105Hz~10-2Hz范圍內(nèi)測試得到的EIS曲線，通過分析EIS曲線，根據(jù)公式（2.2）、（2.3）計算得出等效電路的4個參數(shù)（Re、Rct、Cdl、σ）。表1.2等效電路參數(shù)值膠體薄膜參數(shù)Re[Ω]Rct[Ω]Cdl[mF]σ[mS/cm]數(shù)值6.84368.3280.1850.304 計算結(jié)果如表1.2所示，與未摻雜海藻酸鈉相比，摻雜了氯化鉀的材料其等效電路內(nèi)阻Re更小，更有利于內(nèi)部離子的運(yùn)動，有利于其電學(xué)性能的提升。1.6電學(xué)特性測試 為較好實現(xiàn)后續(xù)應(yīng)用，測量摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜的電阻-壓力轉(zhuǎn)移特性，并計算其靈敏度，如圖1.6所示。圖1.6摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜電阻-壓力轉(zhuǎn)移特性圖其靈敏度根據(jù)公式（1.3）得到結(jié)果為0.7500。分析可知，摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜的電學(xué)特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于未摻雜的海藻酸鈉薄膜，其靈敏度高且電阻變化范圍較大，有利于后續(xù)電路信號的采集與處理。主要工作為制備摻雜氯化鉀的海藻酸鈉柔性傳感器并對其進(jìn)行表征分析、電化學(xué)特性分析、電學(xué)特性分析，主要研究其電學(xué)性能的提升。具體利用了SEM與能譜分析來表征摻雜氯化鉀的海藻酸鈉薄膜的微觀形貌以及所含元素及其大致含量。同時利用CV測試、EIS分析來