《掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性压力传感器制备及测试分析》2100字

掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性压力传感器制备及测试分析综述目录TOC\o"1-2"\h\u16017掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性压力传感器制备及测试分析综述 1252891.1引言 1114781.2实验所需原料及实验设备仪器 1200311.2.1实验原料 1164521.2.2实验设备仪器 1104091.3掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性传感器制备 2124281.1.1压力传感器的制备方法 282831.1.2压力传感器阵列的制备方法 267751.4表征测试 3285961.4.1SEM 312111.4.2能谱分析 3105301.5电化学性能测试 4277581.5.1CV测试 4164351.5.2EIS分析 577661.6电学特性测试 51.1引言在第二章中测试得到的海藻酸钠柔性压力传感器的灵敏度以及电阻-压力转移特性曲线经分析后可以得知，所制得的传感器不能很好的支撑第四章中的应用实现。在薄膜中掺杂入强电解质可有助于薄膜电学性能的提升，可以较好地帮助后续的应用实现。所以在第三章中需要制作掺杂强电解质氯化钾的海藻酸钠柔性压力传感器并用SEM，能谱分析对其进行表征，同时测试其电化学性能（CV测试，EIS分析）以及电学性能，为后续工作做准备。1.2实验所需原料及实验设备仪器1.2.1实验原料实验材料在2.2.1材料的基础上额外增加氯化钾粉末500g装（天津市风船化学试剂科技有限公司）。1.2.2实验设备仪器实验设备与2.2中的实验设备相同。1.3掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性传感器制备1.1.1压力传感器的制备方法掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性传感器制备方法只需在2.1.1的第（4）步中额外称量并加入0.2g氯化钾粉末在烧杯中一起搅拌。其余步骤同2.3一致。1.1.2压力传感器阵列的制备方法传感器阵列可以采集到分布式多点传入的压力信号，在未来智能电子设备中的应用更加广泛。压力传感器阵列的制备如下：(1)将制备好的掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜裁剪成相同大小的正方形薄膜，共9片。(2)用玻璃板作为底板，海绵作为基底，将三根铜箔电极横向平行摆放在海面上。(3)将9片薄膜按合适的距离摆放在三根铜箔电极上，每行3个。(4)将另外三根铜箔电极垂直摆放在薄膜上，注意其间不要使电极互相接触，避免短路。(5)将传感器薄膜及铜箔电极在海绵上密封固定起来。(4)将另外三根铜箔电极垂直摆放在薄膜上，注意其间不要使电极互相接触，避免短路。制得的柔性传感器阵列如图1.1所示。图1.1掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性传感器阵列（图（a）为传感器阵列模型图，图（b）为传感器阵列）在第四章的心率检测实验设置中，单通道传感器可以满足信号采集需求，考虑可穿戴设备对体积小，集成度高的需求，因此在应用中未使用传感器阵列。1.4表征测试针对掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜主要进行SEM、能谱分析表征测试。采用扫描电子显微镜（SEM）对其微观形貌特点进行表征。采用能谱分析(EDS)测试掺杂氯化钾的海藻酸钠的组成元素及其所对应的含量。1.4.1SEM图1.2掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜的扫描电镜图图1.2是掺杂氯化钾的海藻酸钠通过扫描电子显微镜扫描得到的SEM扫描图，可以从图中分析得出其表面无大孔隙结构，薄膜表面相对较光滑，可与导线紧密贴合。其微观结构为传感器的压力传输与电荷传输提供了基础，保证了其稳定的电学性能。1.4.2能谱分析 图1.3掺杂氯化钾的海藻酸钠能谱分析结果图图1.3是掺杂氯化钾的海藻酸钠能谱分析结果，主要对其所含的元素种类以及其所对应的大致含量进行测定。可以在图中分析得出碳、氧、钠、氯、钾元素的存在及其大致比例，可以证明海藻酸钠和所掺杂的氯化钾自身的存在。1.5电化学性能测试1.5.1CV测试图1.4掺杂氯化钾得海藻酸钠CV曲线图图1.4是掺杂氯化钾的海藻酸钠在不同扫速下得到的CV测试曲线图，电势窗口为-0.5V至0.5V，CV曲线与未掺杂的海藻酸钠薄膜CV曲线形状近似，有明显的氧化峰与还原峰。可以通过公式对CV曲线面积进行计算，得到海藻酸钠相应的比电容值，计算公式如公式（2.1）所示[12]。利用公式计算出海藻酸钠薄膜在扫速为50mV·S-1、100mV·S-1、200mV·S-1、300mV·S-1时对应的比电容值，结果如表1.1所示。表1.1特定扫速下掺杂氯化钾海藻酸钠薄膜的比电容值扫描速率(mVS-1)50100200300C(mF/cm2)42.22525.88111.6449.721由表中结果可知掺杂氯化钾的海藻酸钠比电容值与海藻酸钠比电容值变化规律基本相同。在相同扫速下，掺杂氯化钾的海藻酸钠比电容值要大于未掺杂的海藻酸钠。1.5.2EIS分析图1.5掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜在105Hz~10-2Hz的EIS曲线图1.5是掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜在105Hz~10-2Hz范围内测试得到的EIS曲线，通过分析EIS曲线，根据公式（2.2）、（2.3）计算得出等效电路的4个参数（Re、Rct、Cdl、σ）。表1.2等效电路参数值胶体薄膜参数Re[Ω]Rct[Ω]Cdl[mF]σ[mS/cm]数值6.84368.3280.1850.304 计算结果如表1.2所示，与未掺杂海藻酸钠相比，掺杂了氯化钾的材料其等效电路内阻Re更小，更有利于内部离子的运动，有利于其电学性能的提升。1.6电学特性测试 为较好实现后续应用，测量掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜的电阻-压力转移特性，并计算其灵敏度，如图1.6所示。图1.6掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜电阻-压力转移特性图其灵敏度根据公式（1.3）得到结果为0.7500。分析可知，掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜的电学特性远远好于未掺杂的海藻酸钠薄膜，其灵敏度高且电阻变化范围较大，有利于后续电路信号的采集与处理。主要工作为制备掺杂氯化钾的海藻酸钠柔性传感器并对其进行表征分析、电化学特性分析、电学特性分析，主要研究其电学性能的提升。具体利用了SEM与能谱分析来表征掺杂氯化钾的海藻酸钠薄膜的微观形貌以及所含元素及其大致含量。同时利用CV测试、EIS分析来