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2024年6月2日发(作者:)
第
62
卷
第
4
期
2023
年
7
月
:/
.0438-0479.202208046
j
)
JournalofXiamenUniversitNaturalScience
y
(
厦门大学学报
(
自然科学版
)
Vol.62 No.4
Jul.2023
基于
PDMS
微结构介质层的柔性电容式压力传感器
李文望
1
,
张
贺
1
,
杨雨程
1
,
谢昂达
1
,
姜佳昕
1
,
罗志伟
1
,
郑高峰
2
,
王
翔
1*
(
厦门理工学院机械与汽车工程学院
,
精密驱动与传动福建省高校重点实验室
,
厦门市智能制造高端装备
1.
;)
研究重点实验室
,
福建厦门
3
厦门大学萨本栋微米纳米科学技术研究院
,
福建厦门
3610242.61102
摘要
:
近年来
,
为了满足人工智能
、
物联网和可穿戴设备的发展需求
,
高灵敏度
、
低成本的柔性压力传感器的设计和制
)
备引起了研究人员的广泛关注
.
本文以聚二甲基硅氧烷
(
四棱柱微结构薄膜作为传感器的介质层
,
以银纳米线
PDMS-
聚对苯二甲酸乙二醇酯
(
透明导电膜作为传感器的上下电极层
,
制备了一种具有
“
三明治
”
结构的柔性电容
ANW-PET
)
g
-1
,
该传感器的灵敏度可达
0
并且具有较低的迟滞性
,
较快的响应时间和恢复时间
,
以及较好的重复性和稳定
.63kPa
式压力传感器
.
采用压力装置以及电容采集装置对传感器的性能进行测试
.
测试结果表明
,
在
0~0.18kPa
压强范围内
,
性
,
能检测到
0
最后
,
展示了传感器在接触检测和接近感应中的应用
..73Pa
的微小压力
.
关键词
:
可穿戴设备
;
聚二甲基硅氧烷
;
微结构
;
电容式压力传感器
;
灵敏度
;
3D
打印
()
中图分类号
:
TP212
文献标志码
:
A
文章编号
:
04-0525-08
物联网和可穿戴
柔性压力传感器作为人工智能
、
设备等技术的重要基础元件之一
,
已经成为当前相关
]]]
123
,、
领域的研究热点
[
并在健康监测
[
智能假肢
[
和电
]
4
子皮肤
[
等应用领域显示出了广阔的应用前景
.
根据
度的一个简单而有效的方法
.
研究人员制作了包括金
通过微结构在介质层内部形成空气间
PDMS
薄膜
,
隙
,
能有效降低弹性阻力
,
增加受力状态下的形变量
,
从而诱发更大的电学信号响应
.
基于微结构化
PDMS
中呈现出了较高的灵敏度
.
)
介质层的柔性压力传感器已经在低压系统
(
<1kPa
柔性压力传感器微结构介质层的低成本
、
大面积
制备是其发展趋势和必然要求
.
在众多
PDMS
微结构
的制造方案中
,
最直接的方法是使用预制的模具将微
结构图案转移到
P
目前主要采用光刻技
DMS
薄膜
.
]
14
术
[
在硅片上制作不同的几何形状模具
,
然而它们需
]]]
131415
、、
字塔
[
截断金字塔
[
圆柱
[
等不同微结构的
不同的信号转换机制
,
目前主流的柔性压力传感器主
]]]]
5678
、、
要分为电容式
[
摩擦电式
[
压电式
[
和压阻式
[
四
种类型
,
其中
,
电容式压力传感器因具有功耗低
、
灵敏
度高
、
响应时间快
、
温度稳定性好等优点
,
在生物识
]]
910
、
别
[
触控感知
[
等领域得到了广泛关注
.
传统柔性
电容式压力传感器的结构类似于平行板电容器
,
主要
]
11
;
由上下两层电极和中间的介质层组成
[
当外部压力
施加于传感器时
,
介质层会发生变形
,
从而引起传感
器电容值随着施加压力的变化而变化
.
)
聚二甲基硅氧烷
(
具有优良的弹性
、
拉伸
PDMS
要昂贵而复杂的光刻和化学刻蚀工艺
,
对于低成本
、
大面积制造来说具有一定的挑战
.
此外
,
研究人员也
]]
1617
探索了利用自然界中的花瓣
[
或植物叶片
[
作为模
性
、
透明性和绝缘性
,
已成为柔性压力传感器最常用
]
12
的介质层材料
[
然而
,
利用
平面薄膜制备的
柔性压力传感器在非常小的压力下不能产生足够的
变形
,
难以获得可检测的电容值变化
,
灵敏度相对较
低
.
在介质层引入微结构是提高柔性压力传感器灵敏
具制备
P
这种方法虽然节省了成
DMS
微结构介质层
,
本
,
但其表面结构无法按需调控
,
且模具复用率低
,
不
利于传感器批量化制备及应用性能提升
.3D
打印技
术目前已经被广泛应用于快速原型设计和模具制造
,
收稿日期
:
2022-08-31
录用日期
:
2023-02-25
:(
);(,););
基金项目国家自然科学基金
福建省自然科学基金福建省中青年教师教育科研项目
(
厦门
522755752022H60362021J011196JAT220338
)
理工学院科研攀登计划
(
XPDKT20022
*
通信作者
:
wx@
:,,
]
,
引文格式李文望张贺杨雨程
,
等
.
基于
P
厦门大学学报
(
自然科学版
)
DMS
微结构介质层的柔性电容式压力传感器
[
J.
,():
2023624525-532.
:,
CitationLIWW
,
ZHANGH
,
lecaacitive
p
ressuresensorbasedonPDMSmicrostructuredielectric
p
[],,():()
ese
y
:
htt
∥
p
j
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·
526
·
厦门大学学报
(
自然科学版
)
在柔性压力传感器设计和制作领域也展现出较大的
应用潜力
,
成为了替代光刻技术的一种便捷
、
经济和
可扩展的微结构模具制造方案
.
本文采用光固化
3D
打印模具制作的
PDMS
四棱
2023
年
棱宽
(
槽宽
)
为
0
斜边长为
0.1mm
,
.424mm
,
0.6mm.
,)
将
P
基本组分和固
DMS
(
Slard184DowCornin
ygg
化剂以
1
搅拌均匀后置于真
0∶1
的质量比进行混合
,
再将其放入匀胶机
(
中科院微电子所
)
中
,
以
KW-4A
,
箱中真空脱气并加热固化
1h
最后
,
将
从模
构薄膜
.
,
空干燥箱
(
精宏
)
中真空脱气以去除气泡
.DZF-6020
然后称取
2
克
PDMS
混合溶液滴涂在清洁的模具上
,
/
旋涂完成后
,
先将样品在
750rmin
的转速旋涂
2s.
,
室温下静置
再将样品放入
810min0℃
的真空干燥
微结构的总体尺寸为
1
棱高
(
槽深
)
为
2mm×12mm
,
柱微结构薄膜作为介质层
,
银纳米线聚对苯二甲酸乙
-
二醇酯
(
透明导电膜作为传感器的上下
ANW-PET
)
g
电极层
,
制备了一种具有
“
三明治
”
结构的柔性电容式
压力传感器
,
并对其性能进行了测试
.
该传感器制备
工艺简单
、
成本低
、
灵敏度高
,
在可穿戴设备
、
人机交
互
、
机器人触觉等领域具有潜在的应用价值
.
1
传感器制备工艺
1.1 PDMS
微结构介质层
()
图
1
为
PaDMS
四棱柱微结构介质层的制备流
)
具上剥离
,
形成如图
1
(
所示的
PbDMS
四棱柱微结
对
P
获得的表面和截面图
DMS
微结构薄膜进行拍摄
,
())
像分别如图
1
和
(
所示
.
从
ScdEM
图像中可以清晰
地观察到凸起的四棱柱微结构
,
PDMS
微结构介质层
总体厚度为
1
平均棱宽
(
槽宽
)
为
4.25mm
,
20.7
μ
m
,
平均棱高
(
槽深
)
为
1
表面形貌较为光滑
,
四
25.4
μ
m
,
棱柱间具有良好的结构一致性
.
另一方面
,
与基于光刻
工艺的硅模具相比
,
光固化
3D
打印机受其加工原理及
,)
通过扫描电子显微镜
(
SEM
,
Sima500ZEISS
g
程示意图
.
四棱柱微结构模具使用普通商业光固化
3D
打印机
(
创想三维
)
打印
,
所用光敏树
HALOT-SKY
,
,
创想三维
)
以避免模具发生变形
.
模具中四棱柱
2min
;
脂材料为标准刚性树脂
(
创想三维
)
模具打印完成
,,
后
,
采用乙醇清洗
2m
再紫外光二次固化
(
inUW-02
()
(
)
(
)
aPDMS
微结构介质层制备流程示意图
;
bPDMS
微结构薄膜
;
cPDMS
微结构介质层正面
SEM
图
;
()
dPDMS
微结构介质层截面
SEM
图
.
Fi.1PrearationofPDMSmicrostructuredlaers
gpy
图
1 PDMS
微结构介质层的制备
:
htt
∥
p
j
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工艺限制
,
所制作的树脂模具的结构精度较低
,
因此
()
如图
1PDMS
微结构与理想形状也存在一定的偏差
,
d
第
4
期李文望等
:
基于
PDMS
微结构介质层的柔性电容式压力传感器
·
527
·
1.2
传感器封装
/
所示
.
四棱柱截面呈现梯形波浪形
,
相邻两棱边连接过
渡较为平滑
,
与理想的垂直结构存在一定差距
.
()
图
2
为柔性电容式压力传感器的整体结构示
a
意图
,
其主要由封装层
、
电极层和介质层组成
.
封装层
;
方阻
2
透光率
≥8
介质层则为裁剪好的
0Ω
,
8%
)
封装步骤如下
:
首先
,
使用
PDMS
四棱柱微结构薄膜
.
铜箔胶带分别在两个
ANW-PET
电极导电面的一端
g
引出铜导线
;
然后
,
分别将两个
ANW-PET
电极背面
g
贴在两条
P
最后
,
将
PET
单面胶带上
;
DMS
薄膜和两
个背面贴有
PET
单面胶带的
ANW-PET
电极进行
g
贴合
,
PDMS
四棱柱微结构薄膜夹在两个
ANW-
g
选用
P
可对传感器结构进行保护
;
上下
ET
单面胶带
,
电极层选用
A
厚度
0NW-PET
透明导电膜
(
.125mm
,
g
形成
“
三明治
”
结构
.
封装好的柔性压力
PET
电极之间
,
()
传感器如图
2
所示
,
该传感器具有较好的机械柔性
,
b
())、())
可以进行多次弯折
(
图
2
扭曲
(
图
2
而不影响
cd
传感性能
.
()()()()
传感器整体结构示意图
;
传感器实物图
;
传感器弯折后的状态图
;
传感器扭曲后的状态图
.abcd
Fi.2Sensoroverallstructuredesinandassembl
ggy
图
2
传感器整体结构设计与组装
2
传感器性能测试
2.1
测试方法
,
采用
L
同惠电子
)
测量传
CR
数字电桥
(
TH2832
2.2
结果与分析
围为
0~13.93kPa.
图
3
为柔性电容式压力传感器传感机制示意图
.
当未对传感器施加外部负载时
,
传感器具有特定的初
,
其电容值从
C
并有
:
d
0
减小到
d
0
增加到
C
,
//
C
=
εAd
=
ε
εA
d
,
0r
积
,
εε
0
为真空介电常数
,
r
为相对介电常数
.
始电容
C
受到外部压力后
,
传感器的介质层厚度从
0
.
感器的电容
,
进而得到传感器的各项性能
,
包括灵敏
度
、
迟滞性
、
重复性
、
稳定性
、
响应时间和压力检测限
等
.
测试过程中
,
首先将待测的柔性压力传感器放在
测试平台上
,
然后将
LCR
数字电桥的两个测试端分
别连接到传感器的两个铜导线上
,
实时检测传感器表
面被施加不同的压力时的电容值
.LCR
数字电桥的测
试参数设置为
:
测试电位
1V
,
偏置电压为
0V
,
测试
对传感器进行灵敏度测试时
,
将砝码作为压力装
置
.
为了保证传感器表面能够受到均匀的压力
,
在放
置砝码前预先将一个质量为
0.6
g
的圆形垫片置于传
感器表面
.
圆形垫片直径为
2
传感器与圆形垫
0mm
,
片的接触面积为
1
计算压强时
,
受力有
2mm×12mm
,
)、,,
应力状态分别为
:
空载
(
在圆形垫片上添加
10
g
2
,,,,
即对应的压强测试范
5102050100
和
200
g
砝码
,
2
效面积为接触面积
1
测试过程中
,
传感器的
44mm.
()
1
式中
,
ε
为有效介电常数
,
A
为两个电极板的相对面
PDMS
薄膜表面四棱柱微结构的引入降低了传
感器介质层的杨氏弹性模量
.
与平面薄膜相比
,
具有
-1
),/
频率
2
测试速度中速
(
采样频率
100kHz83ms.
Fi.3Sensinechanismofflexiblecaacitiveressuresensor
gg
m
pp
图
3
柔性电容式压力传感器传感机制示意图
:
htt
∥
p
j
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·
528
·
厦门大学学报
(
自然科学版
)
四棱柱微结构的介质层在相同的外部压力作用下会
导致更多的应力接触和应变集中
,
因而更容易被压缩
而产生较大的形变
.
同时
,
传感器在被外部压力压缩
变形的过程中
,
介质层中所含的空隙逐渐减少
,
PDMS
与空气的体积比逐渐增大
,
导致介质层的相对介电常
数
ε
因此
,
PDMS
微结构柔性电容传感
r
也随之增加
.
器的电容是关于压强的分段函数
:
当
PDMS
介质层中
的空气体积未达到最小极限时
,
传感器电容在介质层
厚度
d
减小和相对介电常数
ε
传
r
增大的共同作用下
,
感器电容随压强的变化具有更大的变化率
;
当
PDMS
传感器的电容变化只由介质层的厚度变化决定
,
此时
传感器的电容随压强的变化率减小
.
]
18
,
重要指标
[
其计算公式为
2023
年
构工艺简单
、
成本低
、
可大规模生产
.
微结构类型
、
尺
寸
、
材料等对于调整电容式压力传感器的灵敏度具有
非常重要的作用
.
本文与已有文献所报道的柔性电容
]
19-22
式压力传感器
[
进行比较
,
如表
1
所示
.
显然
,
微结
构的引入使
P
但同
DMS
介质层对压力的感知更敏感
,
时也因抗压强度的下降而使压强测量范围减小
,
因
此
,
基于
PDMS
的压力传感器的压强测量范围和灵敏
],
度往往是两个相互制约的参数
,
如文献
[
灵敏
19-22
度越高
,
压强测量范围越小
.
相比之下
,
本文所制备的
,]
传感器的压强测量范围比文献
[
小
02022.5~1
个
数量级
,
但灵敏度更高
,
说明本文所制备的传感器在
小量程压强测量范围内具有一定的优势
,
适用于小量
程高灵敏度的应用场合
.
表
1
基于
PDMS
的柔性电容式压力传感器的灵敏度对比
Tab.1 Sensitivitomarisonofflexiblecaacitive
y
c
pp
ressuresensorsbasedonPDMS
p
介质层
PDMS
复合
微球
PDMS
倾斜
微柱
PDMS
PDMS
微金
字塔
/
压强测量
灵敏度
-1
/
范围
kPa
kPa
0~15
0~1.5
0~945
0.124
0.42
介质层中的空气体积达到最小极限后
,
ε
r
不再增加
,
传感器的灵敏度是判定其精度和有效性的一个
/(/
Δ
C
CC
-
CC
00
)
0
,()
S
=
2
=
Δ
P
Δ
P
式中
,
S
为灵敏度
,
Δ
C
为施加压力后传感器的电容变
化量
,
Δ
P
为压强变化量
.
图
4
为柔性压力传感器的灵敏度测试曲线
.
测试
结果表明
:
与基于
PDMS
平面介质层的电容式压力传
感器相比
,
在相同外部压力加载下
,
基于
PDMS
四棱
柱微结构介质层的电容式压力传感器的电容变化率
更大
,
灵敏度更高
.
基于
PDMS
微结构介质层的传感
,
器的初始电容值
C
在
0.84
p
F~0.18kPa
压强范
0
为
5
围内
,
其灵敏度为
0
在
0.63kPa
;
.18~13.93kPa
压
-1
,
强范围内
,
其灵敏度为
0
这是由于微结构
.02kPa
-1
电极
/
ITOPET
/
AuPET
Cu
/
TiAu
来源
]
文献
[
19
]
文献
[
20
]
0.0019
文献
[
21
]
文献
[
22
本文
0~0.750.16
0~0.180.63
形变引起的
ε
传感器电容响应逐渐趋
r
变化达到极限
,
于饱和
,
电容值随压强的变化率减少
,
因此灵敏度
降低
.
商业光固化
3D
打印倒模的方法制备
PDMS
微结
PDMS
微四
ANW-PET
g
棱柱
注
:
ITO
为氧化铟锡
.
除灵敏度外
,
迟滞性
、
重复性
、
稳定性
、
响应时间和
压力检测限也是表征电容式压力传感器性能的重要指
标
.
本文进一步对这些参数进行测量
,
结果如图
5
所示
.
传感器的迟滞性是指在正
、
反两个方向上
,
传感
器的输入输出特征曲线的不一致性
,
通常由加载曲线
-
和卸载曲线上对应电容值之间的最大差值
Δ
C
max
来判
,
感器的
Δ
与此时传感器的电容值相比
,
C
m
.13
p
F
ax
为
0
/,()
因此迟滞误差较小
,
如图
5
所示
.Δ
C
m
C
<
0.02
a
ax
()
传感器的耐弯折性测试如图
5
所示
,
反映了柔
b
)
性传感器的耐久性
.
将传感器如图
2
(
所示弯折
1c00
次后
,
重新测试其灵敏度
.
从测试结果可以看出
,
在相
同输入条件下
,
弯折前后传感器的电容变化率未发生
定
.PDMS
介质层材料的弹性滞后特性会引起卸载时的
电容值大于相同压力下加载时的电容值
.
经测试
,
本传
:
htt
∥
p
j
Fi.4Sensorsensitivittestcurve
gy
图
4
传感器灵敏度测试曲线
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第
4
期
李文望等
:
基于
PDMS
微结构介质层的柔性电容式压力传感器
·
529
·
()()()()()()()
迟滞性
;
耐弯折性
;
稳定性
;
响应特性
;
响应时间
;
恢复时间
;
压力检测限
.abcdef
g
Fi.5Sensor
p
erformancetestcurves
g
图
5
传感器性能测试曲线
显著变化
,
表明其结构具有较好的耐弯折性
.
传感器的稳定性是检验传感器在一定时间范围
,
性
,
分别对传感器按一定次序施加
13.96.9
和
3.5
()
从图
5kPa
三种不同大小的压强并持续一段时间
,
c
中可以看出
,
传感器能够快速检测不同的压强
,
稳定
性较好
.
()
图
5
是传感器的响应特性曲线
.
在对传感器加
d
内是否稳定工作的重要指标
.
为了测试传感器的稳定
载和卸载压力时
,
传感器无法立即作出反应
,
通常有
一个延迟时间
,
即响应时间和恢复时间
.
为了测试传
感器的响应时间和恢复时间
,
将一个
200
g
的砝码置于
大小的压强
.
由于四棱柱顶部有方形平台
,
当薄膜表
面的四棱柱受力而发生变形时
,
四棱柱顶部的方形平
台将在变形的上部电极上产生更大的作用力
,
使变形
传感器的正上方
,
然后迅速释放
,
待电容值稳定后
,
移走
砝码
,
即在传感器的正上方加载和卸载一个
13.9kPa
:
htt
∥
p
j
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·
530
·
厦门大学学报
(
自然科学版
)
))
卸载作出快速反应
.
从图
5
(
和图
5
(
中可以看出
,
ef
;
传感器的响应时间
T
传感器的恢复时间
66ms
1
为
1
T
2
为
249ms.
为了测试传感器的最小压力检测限
,
分别选用单
()()
片质量为
3
和
7
的正
.5m0.35Pa.3m0.73Pa
gg
方形小纸片放置于传感器上方
.
当放置
3.5m
g
的纸
片时
,
传感器电容值增加较小
,
难以实现有效测量
;
放
置
7
可测得较为稳定且明显的电容变
.3m
g
纸片时
,
/
化
,
因此
,
传感器最小可测得
0Δ
C
C
.0009..73Pa
0
为
0
2
)(/
为了简化计算
,
此处重力加速度取
1
的微小
0ms
压力
.
依次在传感器上方逐渐增加单片质量
7.3m
g
,
的正方形小纸片的数量
(
可测得传感器输
1~13
片
)
()
出的电容值的变化如图
5
所示
,
证实了传感器具有
g
较高的压力探测敏感度
.
PDMS
介质层表面的四棱柱微结构对传感器的
性能具有重要影响
.
在相同尺寸的传感器中
,
若相邻
两个四棱柱的间距越大
,
介质层表面四棱柱的数量就
越少
;
同样
,
四棱柱越高
,
PDMS
支撑层的厚度就越
的四棱柱更快地恢复到未变形的状态
,
这有助于传感
器实现更快的反应时间
,
并使传感器对连续的加载和
2023
年
小
.
此时
,
当传感器受到相同的外部压力加载时
,
传感
器介质层就更容易被压缩
,
灵敏度就越高
.
然而
,
介质
层表面四棱柱数量的减少会使得微结构与上电极层
的接触面积减小
,
往往会导致传感器感测范围的下
降
;
而四棱柱高度的增加则往往会增加传感器的响应
时间
.
因此
,
为了实现更高灵敏度
、
宽感测范围
、
快响
应速度的电容式压力传感器的制备
,
还需进一步深入
分析微结构几何形状如尺寸
、
间距
、
排列等对介质层
结构变形
、
力学敏感性及传感特性的影响
.
3
传感器的应用
本文制作的柔性传感器具有高灵敏度
、
快速响应
等特点
,
可以实时监测动态压力的变化
,
实现多种场
合下的信号测量
.
图
6
为该柔性压力传感器接触压力
检测的重要应用
.
()
如图
6
所示
,
该传感器可用于监测手指的按压
a
活动
.
测试时
,
将传感器贴于测试者左手手背
,
右手手
指对传感器进行轻触
.
电容值在手指按压到传感器时
快速增大
,
移开手指后快速恢复至初始值
.
以摩尔斯
()()
接触检测
;
接近传感测试
.ab
Fi.6Alicationsofcaacitivesensor
gppp
图
6
传感器的应用测试
:
htt
∥
p
j
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第
4
期
电码传输为例
,
利用手指对传感器施加点按和长按以
传输标准化长短信号序列
,
即
“
点
”
和
“
破折号
”
由于
.
可准确获得如图所示
“
的摩尔斯电码信号
,
动
XMUT
”
态响应快
.
此外
,
电容式压力传感器还可用于非压力状态下
)
的接近传感检测
,
如图
6
(
所示
.
当手指逐渐靠近电
b
容式压力传感器时
,
相当于将第三个电极引入传感
器
.
由于耦合电容的作用
,
传感器两个电极之间的电
场发生偏移
,
使得传感器上下电极之间的电容
C
m
减
小
,
手指和传感器上电极之间的耦合电容
C
传
s
增大
.
感器的电容值会随着手指和传感器上电极之间的距
离
d
的减小而逐渐减小
,
且距离
d
越小
,
传感器电容
李文望等
:
基于
PDMS
微结构介质层的柔性电容式压力传感器
·
531
·
传感器检测极限较低
,
手指自然轻触或放置即可获得
明显信号
,
并能准确区分
“
点按
”
和
“
长按
”
两种状态
,
,,():
andMicroenineerin2.
gg
[],
2 GUOXQ
,
MALJWUWG
,
-sensitive
,,:
SensorsandActuatorsA
:
Phsical2.
y
[],
3 WUYZLIUYW
,
ZHOUYL
,
-insired
p
flexible
p
iezoresistive
p
ressuresensor
p
rearedbaser-
py
l
assistedcoertemlateforhealthmonitorinJ
]
.
pppg
[
[],
eRobotics
p
,():
2018322eaat0429.
sensorwithhihsensitivitndfastresonsefor
gy
a
p
[],,
4 DONGHFZHANGLBWUT
,
le
p
ressure
[]
5 ZHENGRL
,
WANGYY
,
ZHANGZX
,
g
electronicskinusinear-fieldelectrohdrodnamicdirect
g
n
yy
[],,:
Electronics2.
gg
ressuresensorbasedonrGOcottonfiberforhuman
p
,
motiondetection
[
J
]
.SmartMaterialsandStructures
sensitivitndbroaddetectionraneflexiblecaacitive
y
a
gp
传统场合下人与设备之间的指令传
C
m
的变化越明显
.
输主要依靠接触
(
压力
)
传感和按钮
,
这种方式会引起
/
机械损耗
、
病毒细菌交叉感染
(
特别是在
COVID-19
流行期间
)
等风险
,
因此
,
电容式压力传感器有作为非
接触开关的应用潜力
.
,():
2.
[]
6 NINGC
,
CHENGRW
,
JIANGY
,
lfiber
strainsensorsbasedontriboelectricnanoeneratorsfor
g
self-oweredhumanresiratoronitorinJ
]
.ACS
ppy
m
g
[
FabricationandcharacterizationofAlN-basedflexible
4
结
论
倒模工艺制造了表面具有四棱柱微结构的
PDMS
弹
性体薄膜
;
利用该薄膜作为介质层
、
ANW-PET
导电
g
膜作为电极层
,
制备了
“
三明治
”
结构的柔性电容式压
力传感器
.PDMS
薄膜表面四棱柱微结构的引入降低
了传感器介质层的杨氏弹性模量
,
且能形成局部的应
力集中
,
使得介质层更易于快速产生较大形变
,
从而
提升传感器的灵敏度和响应速度
.
该传感器灵敏度在
-1
,
同时具
0~0.18kPa
的压强范围内可达
0.63kPa
)
有较低的迟滞性
、
较快的响应时间
(
和恢复时
166ms
)、
间
(
较好的重复稳定性
,
以及较低的压力检
249ms
)
测限
(
本文还展示了传感器在接触检测和接
0.73Pa.
近感应中的应用
,
在可穿戴设备
、
机器人触觉
、
人机交
互等领域具有的潜在应用价值
.
此外
,
本文所设计的
柔性电容式压力传感器具有制造周期较短
、
成本低
、
性能较好的优点
,
也证实了
3D
打印技术在传感器微
结构模具制造方面具有较好的应用潜力
.
本文使用光固化
3
通过
D
打印的树脂作为模具
,
,,():
Nano2-2821.
[]
7 SIGNOREMA
,
RESCIOG
,
DEPASCALIC
,
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iezoelectric
p
ressuresensorinteratedintoanimlantable
pgp
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p
ancreas
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pp
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gg
c
y
t
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(
自然科学版
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p
microstructuredielectriclaer
y
1
,
1
,
1
,
1
,
1
,
LIWenwanZHANGHeYANGYuchenXIEAndaJIANGJiaxin
ggg
1*
1
,
2
,
LUOZhiweiZHENGGaofenWANGXian
gg
,;,,,)
-TunahInstituteofMicro-NanoScienceandTechnoloXiamenUniversitXiamen361102China
g
S
gyy
,,
develomentneedsofartificialintellienceinternetofth
pgg
,
this
p
aerwehave
p
reareda
“
sandwich
”
structure
p
ressuresensorbsinoldimethlsiloxane
(
PDMS
)
tetraonal
ppy
u
gpyyg
-1
sultsshowthatthesensitivitfthesensorcanreach0.63kPainthe
ppqy
o
,,,
rmorethesensorsecureslowhsteresisfastresonsetimeandrecoverimeandhih
pgypy
t
g
(,,
ofMechanicalandAutomotiveEnineerinXiamenUniversitfTechnoloKeaboratorfPrecisionActuation
ggy
o
gyy
L
y
o
,,
andTransmissionofFuianProvinceUniversitXiamenKeaboratorfIntellientManufacturinuiment
jyy
L
y
o
gg
E
qp
:
,
Abstract
Inrecent
y
earsthedesinandthefabricationofhihlensitiveandlow-costflexible
p
ressuresensorsthatmeetthe
ggy
s
microstructurefilmfabricatedbliht-curinD
p
rintinoldasthedielectriclaerandsilvernanowire-olethleneterehthalate
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3
g
m
ypyyp
(
ANWs-PET
)
p
erformanceofthesensoristestedwitha
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canreadiletectasmall
p
thealicationofthesensortocontact
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detectionand
p
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Kewords
wearabledevicePDMSmicrostructurecaacitive
p
ressuresensorsensitivit3D
p
rintin
pyg
y
(
责任编辑
:
任滢滢
)
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