隨著電子技術(shù)的發(fā)展,智能化的可穿戴設(shè)備、仿生電子皮膚等領(lǐng)域逐漸被研究者開拓,使其高靈敏度傳感器成為近年來的熱點研究。而柔性傳感器的出現(xiàn)顛覆了人們對傳統(tǒng)傳感器件認知。柔性壓力傳感器能夠作用于彎曲表面甚至不規(guī)則表面,受到了國內(nèi)外研究柔性傳感領(lǐng)域的學(xué)者高度關(guān)注。目前,高靈敏度傳感器仍然存在著因傳感結(jié)構(gòu)形變而導(dǎo)致電極斷裂;高頻使用后其金屬層與柔性襯底粘附性差;其制作成本較高而限制了批量化制造等問題。因此本課題針對于柔性壓力傳感器的上述問題展開研究工作。其中包括具有提高靈敏度的微結(jié)構(gòu)柔性介電層制作;有機硅化合物表面改性的電極板制作以及最后的柔性傳感結(jié)構(gòu)的性能測試。（1）設(shè)計了一種基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性材料的壓力傳感結(jié)構(gòu),它由上下平行柔性電極板和中間柔性介電層組成。通過化學(xué)腐蝕工藝對中間介電層進行微結(jié)構(gòu)化,制備雙面微結(jié)構(gòu)化的介電層,提高靈敏度,減小響應(yīng)時間和低質(zhì)量檢出。（2）探索了表面聯(lián)合改性工藝對有機硅化合物襯底和金屬薄膜粘附特性的影響,提高有機硅化合物襯底與金屬材料的粘附性。使制備的柔性電極的可拉伸導(dǎo)電性能達到150%;并對柔性電極板進行了400次重復(fù)拉伸—回復(fù)—拉伸的實驗操作,... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

柔性傳感器應(yīng)用領(lǐng)域Figure1-1Applicationfieldofflexiblesensor

中北大學(xué)學(xué)位論文42017年，美國加州大學(xué)戴維斯分校潘挺睿教授課題組報道了一種基于彈性離子-電子界面的柔性全織物電容式可穿戴壓力傳感器[41]，圖1-3所示。通過電紡技術(shù)利用離子材料制備的納米纖維的織物結(jié)構(gòu)。這種可穿戴傳感器具有壓力檢測廣泛和高靈敏度。該傳感器靈敏度至少是當時現(xiàn)有電容式傳感器靈敏度的1000倍，這種可穿戴傳感器壓力分辨率能達到2.4Pa，響應(yīng)時間能達到4.2ms，并且具有極好的抗干擾性和信號穩(wěn)定性。研究人員使用電紡技術(shù)制備離子凝膠材料的納米纖維層，并為全織物超電容可穿戴壓力傳感器設(shè)計了三層結(jié)構(gòu)。外部壓力壓縮離子材料的納米纖維層，改變導(dǎo)電織物和納米纖維層之間的界面處的接觸面積，從而引起界面超電容層的電容變化，可以檢測結(jié)果信號以完成壓力檢測過程。圖1-3（a）納米纖維層的全織物傳感矩陣的示意圖；（b）傳感陣列照片；（c）橫斷面電鏡圖；（d，e）傳感器的工作原理；（f）傳感器的等效電路圖Figure1-3(a)Schematicillustrationoftheall-fabricsensingmatrixwithananofibrouslayer;(b)Photoofthesensorarray;(c)Imagesfromscanningelectronicmicroscopeonthecross-section;(d,e)Operationalprincipleofthesensor;(f)Equivalentelectricalcircuitofthesensor

中北大學(xué)學(xué)位論文52018年，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所，國家納米科學(xué)中心納米系統(tǒng)與層次制造實驗室，中國科學(xué)院大學(xué)聯(lián)合發(fā)表基于導(dǎo)電有機硅化合物涂層紙的高度敏感的壓力傳感器[42]，如圖1-4所示。采用超簡單的合成和制備方法，研制了一種基于導(dǎo)電有機硅化合物(CP)涂布紙的柔性壓力傳感器。該紙基傳感器壓力能檢測到0.3Pa的水平，靈敏度能達到2kPa-l的杰出效果。該傳感器基于紙質(zhì)框架的低成本、便攜性、易處理等優(yōu)點進一步增強了其應(yīng)用的可行性。同時，該傳感器在大部分環(huán)境中也具有快速和精確響應(yīng)優(yōu)點，在可穿戴傳感設(shè)備，電子皮膚領(lǐng)域上具有潛在的應(yīng)用前景。圖1-4CPFP傳感器的設(shè)計思路；（a）CPFP傳感器示意圖；（b）樹葉上的蝴蝶；（c）CPFP傳感器照片36x14mm2Figure1-4DesignideaoftheCPFPsensor;(a)SchematicillustrationoftheCPFPsensor;(b)Acolorfulbutterflylandonaleaf;(c)PhotographoftheCPFPsensor.Thesizeofthedeviceis36x14mm2.2020天津大學(xué)團隊報道了一種高靈敏度壓力傳感器[43]。該團隊使用玫瑰葉片翻模得到微米級的微結(jié)構(gòu)，制作出具有超高靈敏度（70KPa1，小于0.5KPa）和超低檢出超低的檢出限(0.88Pa)的壓力傳感器。壓力檢測范圍從0.88Pa到32KPa,快速響應(yīng)時間為30ms。并且該壓力傳感器具有光敏反應(yīng)，在光照情況下進一步提高了靈敏度，并將檢測限降低到0.41Pa。這種光控制策略加上生物靈感的多尺度結(jié)構(gòu)的引入，有望幫助設(shè)計下一代先進的可穿戴電子設(shè)備，用于前所未有的智能應(yīng)用。微結(jié)構(gòu)翻模制作流程如圖1-5。

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于多傳感器技術(shù)工業(yè)機器人的研究與應(yīng)用[D]. 石穩(wěn).浙江海洋大學(xué) 2019
[2]銀納米線柔性壓力傳感器的制備及響應(yīng)特性優(yōu)化研究[D]. 全勇.電子科技大學(xué) 2017
[3]PDMS低溫?zé)峤鈴?fù)合膜的制備與性能研究[D]. 郁蕉竹.大連理工大學(xué) 2013



本文編號：3513056