温敏性传感薄膜材料
集成传感器(包括压敏、磁敏、温敏、光敏传感器)
d ——两平行极板之间的距离； ——极板间介质的介 电常数；
0 ——真空介电常数（8.854×10-12 F•m-1） r ——介质相对真空的介电常数， r空气≈1，其它介质r
>1。
两种极板结构
圆形膜结构：将敏感电容和参 考电容分开，两个电容的硅膜 半径均为a，电容极板的半径 均为b。 环形膜结构：将两种电容器合 二为一，它在半径为a的硅膜 上镀制半径为b1的圆形电极 板，作为测量电容；在测量电 容极板的外围镀制内、外径分 别为b2和b3的同心圆环，作 为参考电容。
交流信号激励
Up通过耦合电容Cc为电路供电（方波、正弦 波等） 正半周:电荷从B →VD2→ Cx充电； 从A →VD3 →C0充电; 负半周: 放电 Cx →VD1→A; C0→VD4→B
无外力作用，Cx=C0,电荷 转移量相等。 有外力作用， Cx﹥C0，从 B转移A的电荷大于从A转 移B的电荷,导致A电位高 于B电位，减少了从B转移 A的电荷，增加了从A转移 B的电荷，最终达到平衡。 用由Rf、Cf构成的低通滤波器滤 平衡后，A、B点电位差 去交流的激励的高频电压成分后， =Uo，Ua=0.5Uo;Ub=输出端就只留下一个直流信号U0 0.5Uo. △QBA=(Up-0.5U0Ua)Cx 设C,D点寄生电容Cp △QAB=(Up+0.5U02(Up-Ua)(Cx-C0) Uo=-------------------------Ua)C0 Cx+C0+2Cp
电桥的实际供电电压VB为： 电桥输出电压为：
温度补偿： T↑→Vbe↓→Vce↓→VB↑，另一方 面，T↑→V0↓。 电桥输出电压的温度系数为：
可见，通过适当选取R5、R6的 比值,可以使输出电压的温度系 数为零，也就是说通过电路参 数的设定可以补偿电路的温度 误差。
传感器的敏感材料与敏感元件介绍
3.2.1 温度敏感陶瓷材料
❖ 陶瓷温度传感器是利用陶瓷材料的电阻、磁性、介电、半 导等物理性质随温度而变化的现象制成的，其中电阻随温度 变化显著的称为热敏电阻。对热敏电阻的基本特性要求包括 有：①电阻率；②温度系数的符号与大小；③稳定性。
❖ 按热敏电阻的温度特性可分为负温度系数热敏电阻 （NTC），正温度系数热敏电阻（PTC）和临界温度电阻 （CTR）3类。
❖ 根据被测参数的功能类型来划分敏感材料。例如温度敏 感材料、压力敏感材料、应变敏感材料、光照度敏感材 料等。
❖ 按照材料的结构类型进行分类。该分类方法包括半导体 敏感材料、陶瓷敏感材料、金属敏感材料、有机高分子 敏感材料、光纤敏感材料、磁性敏感词材料等等。
3.1 半导体敏感材料及元件
❖ 传感器对半导体敏感材料最基本要求是换能效率高，即可 将其他形式能量转换为电能，且易制成器件。
图3-8 TiO2含量对电阻的影响
❖ 3 钙钛矿型结构陶瓷湿度敏感材料
钙钛矿型结构的化学通式为ABO3 ，具有钙钛矿结构的纳米 级复合氧化物陶瓷材料的表面、界面性质优异，对环境湿气 度化非常敏感，是湿度敏感材料发展的新方向。 BaTiO3晶体是较早被人们认识的铁电材料之一。BaTiO3具 有很好的湿敏性质，随着BaTiO3颗粒尺寸的减小，湿敏特 性提高，响应加快。
积的空隙中。间隙较小的
是氧四面体中心，为A位置，
间隙较大的则是氧八面体
位置，为B位置。
图3-6 两种结构类型
❖ （2） 典型的尖晶石结构陶瓷湿度敏感材料 纯MgCr2O4为正尖晶石结构，是绝缘体，不宜用作感湿材料。 当加入适量杂质，如MgO、TiO2、SnO2等；或在高温煅 烧，瓷体中呈现过量的MgO时， MgCr2O4即形成半导体。 图3-7表示MgCr2O4中添加受主 杂质MgO时对电阻率的影响。
温度敏感性材料基本原理及其应用
N-异丙基丙稀酷胺(NIPAM)是温敏型凝胶PNIPAM的最主要的组成部分。
NIPAM单体分子式为C6H11N0,常温下为白色片状晶体,溶点为60℃分子量为113.18。
它含有不饱和C=C双键,在水溶液中可以打开进行自由基聚合从而得到高分子量的聚合物。
NIPAM及聚合物的结构式如图1所示。
图1 N-异丙基丙烯酰胺单体及其聚合物的结构式NIPAM单体聚合后得到聚N-异丙基丙稀醜胺(PNIPAM),聚合物大分子侧链上同时存在着亲水性的醜胺基和疏水性的异丙基两部分。
一般而言,在常温下,亲水基团与水分子之间由于强烈的氧键作用力,使PNIPAM分子链溶于水。
随着温度的升高,部分氢键作用力逐渐减弱,而PNIPAM 高分子链中的疏水作用力不断增强[4]。
当达到一定温度时,在疏水基团的相互作用下,高分子链互相聚集,发生体积相转变,并吸收热量;但当水溶液温度降低时,它又能够可逆地恢复到原来的状态而发生溶胀。
这一相变温度称为低临界溶解温度(Low Critical Solution Temperature,LCST),也称为低相变温度或池点温度。
PNIPAM不管以线型还是交联形式存在,都会在低临界溶解温度处体积收缩发生相转变,展现出温度敏感性能。
在LCST附近,PNIPAM凝胶的其他性质如折射率、介电常数、表面能等也会发生突变,同时也具有可逆性[5]。
1.2.2 PNIPAM类温敏性高分子凝胶的温敏机理大多数研究者认为，PNIPAM具有温敏性能与其物质的结构有关。
PNIPAM分子内具有一定比例的疏水性的异丙基和亲水性的酰胺基。
在温度低于LCST时,PNIPAM高分子链中酰胺基与周围水分子间存在着强烈的氢键作用力(亲水作用力),使高分子链与溶剂具有较好的亲和性,此时PNIPAM高分子链呈现出伸展状态,即在LCST以下吸水溶胀。
温度上升,当温度升高至LCST 以上时,水分子与酰胺基之间的亲水作用力减弱,PNIPAM分子链中异丙基间的疏水作用力得以加强,当温度升高至LCST以上时,PNIPAM高分子链中的疏水作用逐渐加强并起主导作用,使得高分子链通过疏水作用互相聚集,形成疏水层,导致水分子排出发生相转变,此时高分子链由疏松的线团结构转变为紧密的胶粒状,产生温敏性。
薄膜压力传感器敏感芯体薄膜的结构及技术要求
薄膜压力传感器敏感芯体薄膜的结构及技术要求薄膜压力传感器敏感芯体的功能薄膜一般采用多层薄膜结构，这些功能薄膜一般是采用真空离子束溅射工艺生产，由于敏感薄膜厚度一般在100nm以下，因此我们也称其为纳米薄膜，采用离子束溅射工艺生产制造的压力传感器有时称为纳米薄膜压力传感器。
泽天电子是这种薄膜压力传感器的专业制造厂家。
薄膜压力传感器的薄膜衬底是圆形特种材料金属弹性体。
第一层功能薄膜是起隔离作用的介质绝缘薄膜，通常采用SiO2、Al2O3或复合结构。
第二层薄膜是起应变作用的金属敏感薄膜，通过光刻工艺形成电桥应变电阻，成为压力敏感芯体的核心，其材料业内一般采用Ni-Cr合金、NiCrMnSi合金制备。
第三层是钝化保护介质薄膜，这层薄膜主要用来保护应变电阻和隔离空气、水气，防止应变薄膜氧化、腐蚀等造成应变电阻的不稳定性。
钝化保护介质薄膜一般是采用SiO2、Al2O3等材料。
第四层薄膜是金丝引线用的窗口镀金薄膜，它与应变电阻膜接触，实现电气引出。
根据薄膜压力传感器的薄膜所起作用的不同，对各层薄膜的质量要求也不同，对于绝缘薄膜，要求应变电阻与传感器的壳体间的绝缘性电阻为100000MΩ以上，耐压100VDC以上，而绝缘电阻5000MΩ以上。
同时，绝缘薄膜与弹性体的表面粘附力高。
在量程范围内，弯曲变形超过10000000次循环不失效。
要求绝缘薄膜与弹性体的热膨胀系数基本一致，不因它们之间的差异引起内应力，从而造成传感器的输出不稳定，对制成的薄膜压力传感器蠕变要小。
除金属弹性体的严格热处理外，要求沉积在其上的介质绝缘薄膜附着力高、致密无针孔、空洞等缺陷。
如有蠕变产生，则会增加零点漂移误差，降低传感器的非线性。
绝缘薄膜含杂质量少，无吸附气体。
这样，能防止使用过程中杂质的迁移和气体释放所造成绝缘性能降低，漏电流增大，甚至绝缘失效。
总之，介质绝缘膜层要具有高的电阻系数；高的击穿电压；优良的绝缘性能；对弹性体的良好附着性；良好的弹性变形的传递性；高的热稳定性。
温敏性材料研究报告
温敏性材料研究报告熊振华（湖南大学化学化工学院化学工程与工艺一班，20090920122）摘要：温敏性高分子材料是指对温度刺激具有响应性的智能高分子材料。
热敏性高分子中常含有醚键，取代的酰胺、羟基等官能团，如聚(N一异丙基丙烯酰胺)(PNIPA)[引、聚氧化乙烯醚(PEO)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。
其中，N一异丙基丙烯酰胺(NIPA)类聚合物由于其广阔的应用前景，成为当前热敏性高分子材料研究的热点。
关键词:N一异丙基丙烯酞胺，温度敏感性，LCST1.1温度敏感类材料1965年Heskins发现聚(N一异丙基丙烯酞胺)(PNIPAAm)水溶液在很窄的温度范围内溶解度会发生显著变化，而且高温时溶解度降低，温度敏感性高分子材料成为功能材料界研究热点之一。
温度敏感性高分子材料是指对温度有响应性，具有较低临界溶解温度(fowercriticalsolutiontemperatureLCST)的一类高分子材料，如聚乙烯基异丁酞胺(PNVIBA)、聚氧化乙烯醚(PEO)，聚乙烯毗咯烷酮(PVP)，聚异丙基丙烯酞胺(PNIPAAm)等，由于分子的特殊结构一含有醚键，取代的酞胺、轻基等官能团，其水溶液被加热至较低临界溶解温度之上时，粒子体积发生收缩，溶解度骤降，水溶液分解成两相，宏观上呈现混浊，并且这种转变是具有可逆性的。
这种温度敏感性聚合物已被用来制成凝胶、微球等，并广泛地应用于生物，化学药物释放，物相分离，医用生物高分子材料等领域。
1.2.温度敏感性高分子材料的研究背景作为温度敏感性高分子的典型代表，聚N一异丙基丙烯酞胺近20年被广泛研。
究，由于其大分子侧链上同时具有亲水性的酞胺基一CONH 一和疏水性的异丙基一CH(CH3)，使线型PNIPAAm的水溶液呈现出温度敏感特性。
常温下，线型PNIPAAm溶解于水中形成均匀的溶液，当温度升高至LCST左右的某一温度时，以达到分离目的。
尤其是阴离子型温敏水凝胶PNIPAAm分离不同分子量的化合物，分离效果很好，且被分离物的分子量越大分离效果越好。
薄膜材料及其在光电领域中的应用
薄膜材料及其在光电领域中的应用引言：随着科技的飞速发展，光电领域在各个领域中扮演着至关重要的角色。
薄膜材料是光电领域中的重要组成部分，具有广泛的应用前景。
本文将深入探讨薄膜材料的特性以及在光电领域中的应用，并探究其未来发展的趋势。
1. 薄膜材料的特性薄膜材料是一种厚度在纳米到微米的材料，具有以下特性：1.1 良好的光学性能：薄膜材料具有独特的光学性质，如高透射率、低反射率和高折射率。
这些性能使其成为制备高效光电器件的理想选择。
1.2 高比表面积：薄膜材料具有大比表面积，这使得其在吸附分子、电化学催化和光催化反应中具有显著的优势。
同时，高比表面积也提高了薄膜材料的光敏度，使其在光电器件中具有更高的效率。
1.3 可控的化学性质：薄膜材料的制备过程可以通过控制反应条件来精确调控其化学性质。
这种可控性使得薄膜材料能够适应不同的应用需求，并提供定制化的解决方案。
2. 薄膜材料在太阳能电池中的应用由于其出色的光学性能和可控的化学性质，薄膜材料在太阳能电池中有着广泛的应用。
2.1 透明导电膜：透明导电膜是太阳能电池中的关键组件之一，用于实现电荷的收集和传输。
氧化铟锡（ITO）薄膜是目前最常用的透明导电膜，但其成本较高且含有稀有金属。
近年来，氧化铟锌（IZO）薄膜和导电聚合物薄膜逐渐成为替代品，具有更好的导电性能和成本效益。
2.2 光吸收层：在太阳能电池中，薄膜材料可以用作光吸收层，用于吸收太阳能并转化为电能。
硒化镉（CdTe）和硫化铜铟镓（CIGS）是常用的光吸收层材料，具有较高的光电转换效率和较低的制造成本。
2.3 保护层：薄膜材料还可以作为太阳能电池的保护层，用于保护光吸收层免受外界环境的损害，如氧化、湿氧化和光热等。
二氧化硅（SiO2）和聚合物薄膜是常用的保护层材料，具有良好的化学稳定性和机械强度。
3. 薄膜材料在光电显示器件中的应用薄膜材料在光电显示器件中具有广泛的应用，其中最具代表性的是液晶显示器（LCD）和有机发光二极管显示器（OLED）。
羧甲基壳聚糖 温敏水凝胶
羧甲基壳聚糖温敏水凝胶羧甲基壳聚糖（Carboxymethyl chitosan，简称CMC）是一种具有温敏性质的水凝胶材料，广泛应用于生物医药领域。
它由天然壳聚糖经过化学修饰得到，具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛研究和应用。
羧甲基壳聚糖的温敏性质是指在特定温度范围内，其溶解度和凝胶化特性会发生明显变化。
一般而言，羧甲基壳聚糖在低温下是溶解状态，而在高温下则会凝胶化。
这种温敏性质使得羧甲基壳聚糖在医药应用中具有很大的潜力。
羧甲基壳聚糖的温敏水凝胶具有多种优异的性能。
首先，它具有良好的可控释放特性。
通过调节温度，可以控制羧甲基壳聚糖水凝胶的溶解和凝胶化过程，从而实现药物的缓慢释放。
这对于一些需要长时间作用的药物来说非常重要，可以提高药物的疗效和减少副作用。
羧甲基壳聚糖温敏水凝胶还具有良好的生物相容性和生物可降解性。
这意味着它可以在人体内安全使用，并且不会对人体造成长期的不良影响。
此外，羧甲基壳聚糖水凝胶在体内可以逐渐降解为无毒的代谢产物，不会对环境造成污染。
羧甲基壳聚糖温敏水凝胶还具有优异的机械强度和可塑性。
这使得它可以用于制备各种形状和尺寸的材料，如薄膜、微球和纳米颗粒等。
这些材料可以用于药物传递、组织工程和生物传感等领域，具有广泛的应用前景。
羧甲基壳聚糖温敏水凝胶还可以通过改变其化学结构来调节其温敏性质和其他性能。
比如，可以通过改变羧甲基壳聚糖的羧甲基化程度、壳聚糖的分子量和壳聚糖与羧甲基壳聚糖的共混比例等方法，来调控其温敏性和药物释放性能。
羧甲基壳聚糖温敏水凝胶是一种具有良好性能和广泛应用前景的材料。
其温敏性质使得它在药物传递、组织工程和生物传感等领域具有重要作用。
未来，随着对羧甲基壳聚糖温敏水凝胶的深入研究，相信它将在生物医药领域发挥越来越重要的作用。
《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》
《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》篇一一、引言随着柔性电子学的迅速发展，柔性压力传感器作为实现人机交互和智能穿戴等应用的重要技术，已经成为近年来的研究热点。
本文提出一种基于PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜介电层的电容式柔性压力传感器，以增强传感器的性能，改善传感系统的敏感度和稳定性。
二、PDMS薄膜介电层的研究PDMS因其出色的物理性质如绝缘性、化学稳定性、高弹性以及低表面张力等，在压力传感器中有着广泛的应用。
我们将PDMS作为介电层材料，设计出一种新型的电容式柔性压力传感器。
这种设计不仅能够增强传感器的机械强度和耐用性，同时还能有效提高传感器的敏感度和响应速度。
三、电容式柔性压力传感器的设计与实现本研究所设计的电容式柔性压力传感器由两个平行电极和PDMS薄膜介电层组成。
当压力施加于传感器时，电极间的距离发生变化，导致电容的变化，从而可以感知到压力的变化。
我们利用了柔性材料（如金属薄膜、聚合物膜等）制成电极，这些材料能够保持传感器在弯曲和扭曲等复杂环境下的稳定性和可靠性。
四、实验与结果分析我们通过实验验证了基于PDMS薄膜介电层的电容式柔性压力传感器的性能。
首先，我们对传感器的响应速度和灵敏度进行了测试。
结果显示，传感器对微小的压力变化具有高灵敏度的响应，而且响应速度快。
此外，我们还对传感器的稳定性和耐用性进行了测试。
在经过多次弯曲和扭曲后，传感器的性能并未出现明显的下降。
五、讨论与展望本研究表明，基于PDMS薄膜介电层的电容式柔性压力传感器具有优异的性能。
其高灵敏度、快速响应、良好的稳定性和耐用性使其在人机交互、智能穿戴、医疗健康监测等领域具有广泛的应用前景。
然而，尽管我们的研究取得了一定的成果，但仍有许多问题需要进一步研究和解决。
例如，如何进一步提高传感器的敏感度、如何实现多模态感知等。
此外，未来的研究还可以从以下几个方面进行：一是探索新的材料和技术以改进传感器性能；二是将这种传感器集成到更多的产品中，以实现更广泛的应用；三是进行系统的研究和测试以评估传感器在实际使用环境中的表现。
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壳聚糖(Chitosan)又称可溶性甲壳质、甲壳胺、几丁聚糖 等，化学名为2-氨基-β-1，4-葡聚糖，分子式为 :(C6H11O4N)n。
它是甲壳质经脱乙酰基而得到的一种天然阳离子多糖。具 有可降解性、良好的成膜性、良好的生物相容性及一定的 抗菌和抗肿瘤等优异性能。广泛应用于医药、食品、化工、 环保等行业，素有万能多糖的美誉。
用壳聚糖作为一种生物材料，和甘油磷酸盐(GPS)反应 制备温敏性凝胶。
将壳聚糖和GPS反应能制备不同pH值的生物凝胶，并且 可以通过选择pH值来控制凝胶在升高温度下的凝固时 间，所以我们有望用壳聚糖来制备在低温下具有较好的 流动性，而在体内凝固的生物凝胶，可以通过对pH和 凝固时间的控制制备人体不同部位所需的凝胶，用于人 体组织缺损的充填和美容；同时可以在溶液中加入药物， 在体内凝固后控制药物的释放。
聚乙烯醇-苯乙烯吡啶盐缩合物（PVA-sbQ)，是一种新型 光敏性高分子材料。感光性高，工艺流程简单，条件温和。 以壳聚糖和PVA-sbQ为原料，采用溶液共混法，经UV光交 联，可成功制备光交联-（PVA-sbQ）共混膜。
特点：赋予了共混膜新的特性，有望作为防紫外包装材料， 能阻止紫外光透过。
壳聚糖具有良好的生物相容性和生物可降解性，在 医药、食品、化妆品等领域具有广阔的应用前景。 以它为前体，通过衍生反应制备的水溶性壳聚糖基 智能高分子能感知环境变化并对此做出反应，因而 在药物靶向释放和缓释、基因载体、蛋白质分离与 纯化、生物传感器以及日用化妆品等领域具有常规 材料不可比拟的优越性，具有理论研究意义和潜在 应用价值。
光如 如 壳 温 温
交何 何 聚 敏 敏
联实 制 糖 性 性
壳现 备 的 材 水
聚功 温 性 料 凝
糖能 敏 质 的 胶
双化 性
应的
层
材
用定
复
料
义
合
膜
温敏性材料是指对温度刺激具有响应性的智能型ห้องสมุดไป่ตู้ 料。如N-异丙基丙基酰胺（PNIPAAm)，聚乙烯吡
咯烷酮（PVP）。
温敏水凝胶由于它的温度敏感性而具有良好的应用前景。 目前，主要应用在药物控释、分离萃取等几个方面。
1.利用温敏水凝胶控制药物释放，不仅改变了传统给药方 式(如片剂、针剂、胶囊等)给药后血药浓度波动大的缺
点，减轻患者的痛苦。还可以对病灶部位的温度、化学 环境等异常变动自动感知，自动释放所需量的药物，当 身体正常时，药物控释系统恢复原来状态，重新抑制释 放。
2.温敏性凝胶具有可逆相转变性和温度响应性，所以可以