Skip to main content
SUPERVISOR
Mehran Moradi,Mehdi Karevan,Mohammad Danesh
مهران مرادی غریبوند (استاد راهنما) مهدی کاروان (استاد مشاور) محمد دانش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeed Ghazavi
سعید قضاوی مطلق

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Fabrication and Characterization of Carbon Nanotube (CNT) Reinforced Silicon Rubber Strain Sensors
With the dramatic technological growth of wearable electronics, the demand for increasing the high mechanical-electronic capabilities for new applications has increased. Although the existing devices have limited stretchability, flexibility and compliance, these capabilities are not enough and the development of conductive materials with high elasticity and greater sensitivity to withstand high strain or pressure is required. In this research, some resistive strain gauges are developed with various properties such as flexibility and stretchability in its layers (more than of 100%). These strain gauges have a high compliance and can be used on the skin due to penetrating the thin layer of carbon nanotubes in a silicon rubber network. To do this, the conductive layer of carbon nanotubes are transferred on compliance, flexible, super stretchable polymeric layer called the EcoFlex using two methods of spraying and filtration. This polymer is a family of silicon rubber. In this study, the sensitivity of strain sensors is controlled by changing the concentration of nanomaterials in the sensor layer and changing the sensor geometry. Loading and unloading rates impress the sensitivity, too. It is shown that the relationship between sensitivity and width is direct and the relationships between sensitivity and length, concentration of nanomaterials as well as loading rate are reverse. At different levels of strain, piezoresistivity diagrams are highly linear and show the least deviation, however, all of the sensors have at least is 7% residual resistance. The piezoresistivity diagrams -show the efficiency of the sensor conductivity- can be obtained by measuring resistance variations of the fabricated sensors versus strain. Due to the need for high sensitivity and flexibility in a wearable sensor to show human physiological signals for personalized health-care, this study focuses on carbon nanotubes that can make a network. In addition, a wrinkle trick is used to increase stretchability. The sensors are characterized after the fabrication and the highest sensitivity of 4.6 is obtained in strains less than 10%. The maximum strain is 160% in cases that the piezoresistivity diagram is in linear state. Due to the ability to install directly on the skin or clothes, the fabricated sensors can be used as wearable strainers or pressure sensors to detect physiological and motional signals of humans or animals. Unlike existing sensors, the developed sensors are compatible with the human skin and do not hurt it, because of the closeness of their Young's modulus to the skin Yang’s modulus. Keywords: Super stretchable sensors, Wearable sensors, Human motion detection, Carbon nanotubes
با رشد چشمگیر فناورانه وسایل الکترونیک پوشیدنی، نیاز به افزایش قابلیت‌های بالای مکانیکی - الکترونیکی برای کاربردهای جدید، بیشتر شده است. البته وسایل موجود دارای قابلیت‌های محدود کشسانی، انعطاف پذیری، سبک‌وزنی و قیمت بالا هستند ولی توسعه مواد رسانایی که بتوانند کرنش‌ یا فشار زیاد‌ی را با حفظ قابلیت کشسانی زیاد و حساسیت بیشتر، تحمل کنند وجود دارد. در این تحقیق، ساخت حسگرهای کرنش‌سنج مقاومتی انجام‌شده است که خاصیت‌های مختلفی از جمله انعطاف‌پذیری و کشش‌پذیری بالا در لایه‌های آن ( بیش از 100 درصد)، نرمی زیاد و قابلیت ‌نصب روی پوست به کمک نفوذ لایه‌ی نازک نانولوله‌های کربنی در شبکه لاستیکی سیلیکون دارند. به همین دلیل، لایه‌ی رسانای نانولوله‌های کربنی با استفاده از دو روش اسپری و فیلتراسیون، روی یک‌ لایه‌ی پلیمری نرم، انعطاف‌پذیر و فوق‌کشسان به نام اکوفلکس که از خانواده لاستیک سیلیکونی است انتقال داده شد. در این تحقیق، حساسیت حسگرهای کرنشی با تغییر غلظت نانو مواد در لایه‌ی حس کننده، تغییر هندسه حسگر و همچنین نرخ بارگذاری و باربرداری کنترل شد و نشان داده شد که حساسیت با عرض، رابطه‌ی مستقیم و با طول، مقدار غلظت نانومواد همچنین نرخ بارگذاری رابطه عکس دارد. در سطوح کرنشی متفاوت، نمودارهای پیزومقاومتی به میزان زیادی خطی بودند و کمترین انحراف را از خود نشان دادند ولی تمام حسگرهای ساخته شده مقداری پسماند مقاومت نیز داشتند که کمترین آن 7% بود. از نمودارهای پیزومقاومتی که کارآیی رسانایی حسگر را نشان می‌دهند می‌توان حساسیت حسگرهای ساخته شده را بدست آورد. با توجه به نیاز به حساسیت زیاد و انعطاف پذیری در حسگر پوشیدنی برای نشان دادن سیگنال‌های فیزیولوژیکی انسان جهت بررسی سلامت شخصی، در این تحقیق از نانولوله های کربنی که قابلیت شبکه سازی دارند و برای افزایش قابلیت کشسانی از ترفند چروک استفاده شد. پس از ساخت، حسگرها مشخصه‌یابی شدند و بیش‌ترین حساسیتی که به دست آمد در کرنش‌های زیر 10% مقدار 4/6 بود و بیشینه کرنش پذیری که نمودار پیزومقاومتی را از حالت خطی خارج نمی‌کرد، مقدار 160% بود. حسگرهای کرنشی یا فشاری پوشیدنی به دلیل قابلیت نصب مستقیم روی پوست یا لباس، می‌توانند برای تشخیص سیگنال‌های فیزیولوژیکی و حرکتی انسان یا حیوان مورداستفاده قرار گیرند. این نوع حسگرها برخلاف حسگرهای موجود که اصلاً با پوست انسان سازگاری ندارند و با اتصال آن‌ها به بدن، پوست اذیت می‌شود، به دلیل نزدیک بودن مدول یانگ آن‌ها به مدول یانگ پوست بدن انسان، می‌توانند از مزاحمت برای پوست جلوگیری کنند. کلمات کلیدی: حسگرهای فوق کشسان، حسگرهای پوشیدنی، تشخیص حرکت انسان ، نانو لوله‌های کربنی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی