【摘 要】
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随着电子技术的发展,智能化的可穿戴设备、仿生电子皮肤等领域逐渐被研究者开拓,使其高灵敏度传感器成为近年来的热点研究。而柔性传感器的出现颠覆了人们对传统传感器件认知
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随着电子技术的发展,智能化的可穿戴设备、仿生电子皮肤等领域逐渐被研究者开拓,使其高灵敏度传感器成为近年来的热点研究。而柔性传感器的出现颠覆了人们对传统传感器件认知。柔性压力传感器能够作用于弯曲表面甚至不规则表面,受到了国内外研究柔性传感领域的学者高度关注。目前,高灵敏度传感器仍然存在着因传感结构形变而导致电极断裂;高频使用后其金属层与柔性衬底粘附性差;其制作成本较高而限制了批量化制造等问题。因此本课题针对于柔性压力传感器的上述问题展开研究工作。其中包括具有提高灵敏度的微结构柔性介电层制作;有机硅化合物表面改性的电极板制作以及最后的柔性传感结构的性能测试。(1)设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)的柔性材料的压力传感结构,它由上下平行柔性电极板和中间柔性介电层组成。通过化学腐蚀工艺对中间介电层进行微结构化,制备双面微结构化的介电层,提高灵敏度,减小响应时间和低质量检出。(2)探索了表面联合改性工艺对有机硅化合物衬底和金属薄膜粘附特性的影响,提高有机硅化合物衬底与金属材料的粘附性。使制备的柔性电极的可拉伸导电性能达到150%;并对柔性电极板进行了400次重复拉伸—回复—拉伸的实验操作,其柔性电极板的电阻值改变量仅有0.8Ω,证明所制备的柔性电极具有良好的重复性。(3)对基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)有机硅化合物微结构柔性介电层,进行制作封装并对灵敏度以及可靠度等性能进行测试。该柔性压力传感器能够贴合于皮肤、鼠标等弯曲表面上进行工作。对其结构的测试分析中得到:在0~10 k Pa压力范围内表现出两个线性区域,灵敏度最高为0.6 k Pa-1,在400次弯曲操作后,传感器的性能几乎保持不变,响应曲线中没有出现性能明显下降或者严重偏移的情况。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)有机硅化合物材料制作的微结构传感器能够兼顾高灵敏度和低检出这两大优势,同时还具有良好的性能稳定性。基于此优良性能,探索了该传感结构在可穿戴设备、仿生电子皮肤等领域运用的可行性。为高灵敏度柔性传感器结构设计提供了一种新的思路。
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