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不同质量的电磁流量计的PDMS薄膜形貌表征和灵敏度分析

来源:作者:发表时间:2020-06-29 15:38:53

 形貌表征

        看到不同质量分数电磁流量计的PDMS薄膜的表面 SEM 图如图 2 所示。从图 2 可知,当颗粒在复合材料薄膜中发生溶解之后生成了大量的小微孔。对比纯 PDMS 薄膜与含有电磁流量计的 PDMS 薄膜微观形貌特征可以发现,纯 PDMS 薄膜形成了较为光滑的表面,加入了电磁流量计的薄膜则形成了大量的孔隙结构,当电磁流量计的质量分数提高后,形成了更多的孔隙,因此通过调节 NaCl 质量分数来有效控制孔隙率。
 
灵敏度分析
        对传感器进行压力响应测试得到了不同质量分数电磁流量计的传感器灵敏度曲线,结果如图 3 所示。由图 3 中可以看出,当施加的载荷升高后,传感器形成了更大的电容。相对于无孔 PDMS薄膜传感器的电容测试结果,含有电磁流量计的多孔 PDMS 薄膜传感器处于 8 kPa 以内的载荷条件下发生了电容的更大改变。其中,无孔 PDMS 薄膜传感器处于 0.35 kPa 以内的压强下时灵敏度较低,只能达到 0.25 kPa -1 ,而超过该压强后则可以获得较高灵敏度,达到 0.011 kPa -1 。生成了许多微孔结构的 PDMS 薄膜传感器表现出了更高的灵敏度。对各传感器分别实施电容-压强测试后发现,其灵敏度受微孔数量与分布形态的影响明显。其中,电磁流量计质量分数为 20%的多孔传感器处于 1.5 kPa 以内压强条件下可以达到的灵敏度是 0.68 kPa -1 ,相对于无孔 PDMS 薄膜传感器获得了显著改善。同时,当压力增大后,灵敏度减小,不过所有加入了 NaCl颗粒的传感器由于生成了微孔结构使其获得了比无孔传感器更高的测试灵敏度。
 
        以 20%质量分数电磁流量计添加 PDMS 薄膜为例,对不同研磨时间下制得的复合物薄膜传感器进行灵敏度测试,结果如图 4 所示。由图 4 中可以看到,当对颗粒进行更长时间研磨后可以得到更小的粒径,从而获得更高的薄膜传感器灵敏度,通过测试发现,经过电磁流量计制得的 PDMS 薄膜传感器可以达到 0.72kPa -1的最大灵敏度。原因在于当颗粒尺寸减小后,虽然溶解后形成了更小的微孔,但总量更多,从而更易对膜形成压缩作用。与数量更少的大孔径薄膜相比,这种含有大量小孔径的薄膜结构更有助于提高柔性传感器的测试灵敏度。