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        不同質量的電磁流量計的PDMS薄膜形貌表征和靈敏度分析

        來源:作者:發表時間:2020-06-29 15:38:53

         形貌表征

                看到不同質量分數電磁流量計的PDMS薄膜的表面 SEM 圖如圖 2 所示。從圖 2 可知,當顆粒在復合材料薄膜中發生溶解之后生成了大量的小微孔。對比純 PDMS 薄膜與含有電磁流量計的 PDMS 薄膜微觀形貌特征可以發現,純 PDMS 薄膜形成了較為光滑的表面,加入了電磁流量計的薄膜則形成了大量的孔隙結構,當電磁流量計的質量分數提高后,形成了更多的孔隙,因此通過調節 NaCl 質量分數來有效控制孔隙率。
         
        靈敏度分析
                對傳感器進行壓力響應測試得到了不同質量分數電磁流量計的傳感器靈敏度曲線,結果如圖 3 所示。由圖 3 中可以看出,當施加的載荷升高后,傳感器形成了更大的電容。相對于無孔 PDMS薄膜傳感器的電容測試結果,含有電磁流量計的多孔 PDMS 薄膜傳感器處于 8 kPa 以內的載荷條件下發生了電容的更大改變。其中,無孔 PDMS 薄膜傳感器處于 0.35 kPa 以內的壓強下時靈敏度較低,只能達到 0.25 kPa -1 ,而超過該壓強后則可以獲得較高靈敏度,達到 0.011 kPa -1 。生成了許多微孔結構的 PDMS 薄膜傳感器表現出了更高的靈敏度。對各傳感器分別實施電容-壓強測試后發現,其靈敏度受微孔數量與分布形態的影響明顯。其中,電磁流量計質量分數為 20%的多孔傳感器處于 1.5 kPa 以內壓強條件下可以達到的靈敏度是 0.68 kPa -1 ,相對于無孔 PDMS 薄膜傳感器獲得了顯著改善。同時,當壓力增大后,靈敏度減小,不過所有加入了 NaCl顆粒的傳感器由于生成了微孔結構使其獲得了比無孔傳感器更高的測試靈敏度。
         
                以 20%質量分數電磁流量計添加 PDMS 薄膜為例,對不同研磨時間下制得的復合物薄膜傳感器進行靈敏度測試,結果如圖 4 所示。由圖 4 中可以看到,當對顆粒進行更長時間研磨后可以得到更小的粒徑,從而獲得更高的薄膜傳感器靈敏度,通過測試發現,經過電磁流量計制得的 PDMS 薄膜傳感器可以達到 0.72kPa -1的**大靈敏度。原因在于當顆粒尺寸減小后,雖然溶解后形成了更小的微孔,但總量更多,從而更易對膜形成壓縮作用。與數量更少的大孔徑薄膜相比,這種含有大量小孔徑的薄膜結構更有助于提高柔性傳感器的測試靈敏度。
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