محمدرضا شیخ الاسلامی بورقانی

حسگر‌های انعطاف پذیر با کارایی بالا همواره نقش حیاتی را در کاربرد های مختلفی چون تشخیص حرکات انسانی، تعامل انسان-ماشین، رباتیک نرم و پوست‌های الکترونیکی دارند. در پژوهش‌های انجام شده اخیر، اسفنج‌های رسانای پیزومقاومتی به‌ عنوان مواد اولیه برای ساخت بخش فعال این حسگر‌ها کارایی لازم را از خود نشان داده‌اند. این پایان‌نامه به بررسی استفاده از این نوع اسفنج‌ها در ساخت حسگرهای منعطف پیزومقاومی پرداخته و آنها را بر اساس جنس و ساختار طبقه بندی میکند. یک روش ساخت حسگر منعطف ساخته شده با اسفنج پیزومقاومتی پیشنهاد شده و مواد و روش های ساخت جایگزین نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند. برای این منظور ابتدا به ارزیابی اسفنج‌های تجاری موجود در بازار و مقایسه ویژگی آنها وسپس به انتخاب بهترین روش برای شکل دهی اسفنج‌ها، انتخاب بهترین نوع پیوند دهنده برای اتصال ذرات نانوهادی به اسفنج و در نهایت ساخت حسگر پرداخته خواهد شد. به منظور برش اسفنج‌ در ابعاد 10در10در5 میلی‌متر، از ترکیب دستگاه برش لیزر و یک جیگ که مخصوص این پژوهش طراحی شده بود، استفاده گردید. از بین پیوند‌دهنده‌ها پلی‌وینیل‌الکل (PVA) به دلیل حلالیت بالا در دمای اتاق و ویسکوزیته پایین مورد انتخاب قرار گرفت. اسفنج پلی‌یورتان (PU) ساخته شده با متیلن دی‌فنیل دی‌ایزوسیانات (MDI) یا به اصطلاح فوم سرد به دلیل خاصیت انعطاف پذیری بالا و حفظ شکل اولیه بعد از هر نوع تغییر شکل، برای ادامه آزمایشات انتخاب گردید. در آزمایشات از مقادیر مختلف اکسید گرافین کاهش یافته (rGo) در آب به همراه پلی‌وینیل‌الکل (PVA) در نمونه‌ها استفاده گردید. مشخص گردید با افزیش PVA تغییرات مقاومت نسب به فشار افزایش می‌یابد. همچنین وجود PVA در مقادیر 1 تا 5 میلی‌گرم در میلی‌لیتر باعث ایجاد حساسیت در فشار‌های پایین می‌گردد ولی افزایش PVA عایقی را در بافت اسفنج به وجود می‌آورد که باعث کاهش حساست حسگر در فشار‌های پایین می‌گردد. همچنین ترکیبی از اکسید گرافین کاهش یافته (rGo) و نانو ذرات نقره (Np-Ag) به همراه پلی‌وینیلالکل (PVA) مورد آزمایش قرار گرفت که نمونه‌ها هیچگونه تغییر مقاومتی را نسبت به فشار وارده از خود نشان ندادند. در ادامه دو نمونه با 3-آمینوپروپیل دایتاکسی متیل سیلان (Aminopropyl diethoxy methylsilane-3) به عنوان پیوند دهنده به همراه اکسید گرافین کاهش یافته (rGo) در دمای 80 درجه سانتی گراد ساخته شد که در حین آزمایشات، کاهش شدید پایداری را در بر داشت و به همین علت بعد از 10 بار تغییر شکل بر اثر فشار، کارایی خود را کاملا از دست می‌دادند. در نهایت در حسگر ساخته شده با نسبت 10 mg/ml اکسید گرافین کاهش یافته (rGo) و 1 mg/ml پلی وینیل الکل (PVA) به دلیل پایداری و حساست بالا، بهترین عملکرد مشاهده شد.