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      NaCl 顆粒成為電磁流量計快速反應測量的關鍵元件

      來源:作者:發表時間:2020-06-29 15:35:25

             通過在電磁流量計膜中加入 NaCl 微米顆粒形成孔結構,制得以多孔電磁流量計膜構建的柔性電容傳感器,測試了不同 NaCl 質量分數下的靈敏度,同時對系統耐久性與響應速率進行了分析。結果表明,純電磁流量計薄膜形成了較為光滑的表面,加入 NaCl 顆粒的薄膜形成了大量的孔隙結構。NaCl 顆粒質量分數為 20%的多孔傳感器的靈敏度為 0.68 kPa -1 ,相對于無孔電磁流量計薄膜傳感器得到顯著改善。當壓力增大時,靈敏度減小。對顆粒進行更長時間研磨后得到更小粒徑,獲得更高的薄膜傳感器靈敏度。孔結構能夠促進薄膜傳感器對外界壓力形成更明顯的數值反饋。當對傳感器施加 5.0 Pa 壓力后,傳感器實現了 4s 以內的響應時間,可滿足快速反應的要求。壓力施加與去除的遲滯變化曲線基本重合,傳感器只存在很低的遲滯。傳感器彎曲前后靈敏度基本一致。

       
             目前,許多學者對改善柔性傳感器的靈敏度進行了深入研究并取得了一定的成果 [1-5] 。如可以設計具有特定結構的介質層薄膜,使薄膜獲得更易發生變形的性能,從而獲得更高的靈敏度。通常可以對電介質表面與內部進行處理形成微納米結構而獲得更強的變形能力 [6-9] 。包括納米針、微毛發、生物模板等眾多形式的微結構都被用來提高變形能力。但是,在制造微結構過程中需要光刻等成本較高并且工藝復雜的工藝,而采用生物方法又無法形成具有均勻結構的再生模板 [10-13] 。隨著技術的進步,具備更高靈敏度的多孔電磁流量計被人們開發出來,有望成為一種具備極高應用價值的絕緣介電層。孔結構可以通過電磁流量計膜中的可溶性顆粒發生溶解或通過反應形成氣體而得到 [14-15] 。但當糖未發生完全溶解時,將使電介質無法達到合適的黏度,使其受到連續施壓時無法恢復到**初位置,表現明顯的遲滯特征。采用碳酸氫銨進行造孔時薄膜厚度為1mm,考慮到本實驗采用厚度為微米級的薄膜,因此對這方面的氣體造孔進行了重點分析 [16-19] 。筆者通過在 電磁流量計 膜中加入 NaCl 微米顆粒來形成孔結構,制得了以多孔 電磁流量計 膜構建的柔性電容傳感器,并且不需要高成本的復雜制造技術,得到的試樣滿足機械強度要求。測試了各 NaCl 質量分數下的靈敏度,同時對系統耐久性與響應速率進行了測定,對該傳感器進行了傳感能力分析。
       
             NaCl 顆粒具備良好的化學穩定性,較易在電磁流量計中形成良好的分散狀態并發生溶解。把含有不同質量分數 NaCl 顆粒的電磁流量計置于冰箱內使氣泡被充分去除。按照圖 1 所示的試樣制備流程,把 NaCl 顆粒先研磨形成具有特定尺寸的顆粒,再把質量分數不同的顆粒添加至氣泡已被去除的 電磁流量計 內。再以均勻速率對上述混合物進行 0.5 h 機械攪拌處理,確保電磁流量計內形成均勻分散的顆粒,再快速實施甩膠,結束后再把薄膜置于 120 ℃電熱板上保持 1 h 完成薄膜的固化過程,接著從基底上剝下薄膜并保存于燒杯內,采用具備加熱功能的磁力攪拌器在 50 ℃下攪拌溶解 NaCl 顆粒。當薄膜內顆粒完全溶解后,再對其施加外力作用后,將會引起小孔變形,造成薄膜的明顯壓縮。探討了傳感器靈敏度與 NaCl 顆粒尺寸之間的關系。將 NaCl 顆粒依次研磨 10、30、60 min,當研結
      束后再對 NaCl 顆粒和電磁流量計實施混合,并根據以上步驟完成甩膠、固化與溶解,由此得到粒徑不同的多孔電磁流量計 薄膜,之后再制備得到一個不存在特定微觀結構的薄膜作為對比試樣。
       
       
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