隨著電子設(shè)備向智能可穿戴方向的發(fā)展,柔性電子器件引起了人們的廣泛關(guān)注。其中,柔性壓力傳感器因其在智能醫(yī)療、健康監(jiān)控、人機(jī)交互、智能機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景而成為了近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。已有國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者基于不同的傳感材料和傳感原理通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成功研制了許多性能優(yōu)越的柔性壓力傳感器。然而,壓電式傳感器仍具有感知靜態(tài)力和變形的缺點(diǎn),壓阻式傳感器仍具有響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的不足。本文對(duì)壓電式傳感器及壓阻式傳感器的傳感機(jī)理和特點(diǎn)做了詳細(xì)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。最后通過(guò)合理的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制備了一種新型的、柔性的、能同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)/靜態(tài)力學(xué)信息檢測(cè)的雙模式壓力傳感器,主要研究?jī)?nèi)容包括以下四個(gè)方面:（1）本文首先結(jié)合了壓電薄膜壓電方程和電學(xué)測(cè)試?yán)碚?建立了平面壓電薄膜傳感器輸出電壓與壓力之間的關(guān)系。討論了電壓表內(nèi)阻、壓力大小及頻率對(duì)壓電式傳感器測(cè)試電壓的影響,從而建立了利用壓電式傳感器進(jìn)行力學(xué)信號(hào)及力學(xué)加載速率測(cè)量的理論依據(jù)。然后將上述理論推廣到具有金子塔微結(jié)構(gòu)的壓電薄膜傳感器中,分析了金字塔微結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)傳感性能的影響,并與有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明微結(jié)構(gòu)的引入可有效提高壓電式傳感器的精度。（2... 

【文章來(lái)源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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壓電傳感原理

導(dǎo)致兩個(gè)電極之間形成電勢(shì)差。為了屏蔽壓電薄膜中的壓電電位，外部自由電荷轉(zhuǎn)移并集聚在電極上，在此過(guò)程中可以檢測(cè)到正電壓信號(hào)。當(dāng)壓力釋放時(shí)，薄膜上、下表面之間的壓電電位消失。累積電荷將反向流回，產(chǎn)生一個(gè)負(fù)電壓信號(hào)[33, 48, 49]。壓電式傳感器通過(guò)壓電電壓的不同判斷外部刺激的強(qiáng)弱，并將壓電電壓輸入到電子電路中以作進(jìn)一步的處理分析。1.3.2 無(wú)機(jī)/有機(jī)壓電材料壓電式傳感器的研究許多無(wú)機(jī)壓電材料已被用于壓電式傳感器的制備之中，如 ZnO[51-54]，鉛鈦酸鋯（PZT）[55]，BaTiO3[56, 57]等。這些無(wú)機(jī)壓電材料具有高壓電系數(shù)（d33），但它們固有的剛性限制了其在柔性壓力傳感器中的應(yīng)用。許多學(xué)者通過(guò)科學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用這些無(wú)機(jī)壓電材料制備了具有良好傳感性能的柔性壓力傳感器。例如 Lee[58]課題組通過(guò)溶膠-凝膠法制備了 PZT 薄膜（4.8 μm），并將 PZT 轉(zhuǎn)移到超薄 PET 基材上，制備了一種超薄的基于 PZT 薄膜的柔性壓力傳感器。壓電式傳感器的靈敏度為0.018 kPa-1，響應(yīng)時(shí)間為 60 ms，機(jī)械穩(wěn)定性良好（圖 1-2（a））。此外，Wang[59]課題組制備了柱狀 ZnO 和 PDMS 柔性復(fù)合薄膜柔性壓電器件，在不同的壓力作用下，傳感器輸出不同大小的壓電信號(hào)，從而使 LED 燈顯示出不同的亮度（圖 1-2（b））。

圖 1-3 BTO/PVDF 復(fù)合薄膜柔性壓電式傳感器[50]Figure 1-3. BTO/PVDF composite film flexible piezoelectric sensor[50]解決這些問題，有些學(xué)者提出將無(wú)機(jī)壓電材料填充在 PVDF 基物同時(shí)具有高壓電性能和良好的柔韌性。如圖1-3所示Zhang等分散在 PVDF 基底中，制備了 BaTiO3NPs /PVDF 復(fù)合膜，大大器的壓電性能。使壓電器件的壓電電壓從 15 V 提高到 35 V[50]電材料的材料屬性可以在一定程度上改善柔性壓電式傳感器的式傳感器中的微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是提高傳感器傳感性能的重要方法。許引入到壓電式傳感器的制備過(guò)程中。近年來(lái)在科研學(xué)者在壓電許多微/納結(jié)構(gòu)，例如半球結(jié)構(gòu)、納米線、溝壑結(jié)構(gòu)等。研究表入能大大提高柔性壓電式傳感器的傳感性能。


本文編號(hào)：2944902