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当前日新月异的信息技术,为社会、科技发展提供了重要的技术保障。在信息技术诸多研究方向中,电子皮肤具有重要作用和巨大应用前景。而传感技术是电子皮肤领域的重要技术基础。在所有传感器中,触觉应力传感因具有灵敏度高、响应速度快、稳定可靠等诸多优点而被广泛应用于智能机器人、人机交互界面、智能假肢和医疗监控设备等领域。事实表明,传感器技术的每一次进步都扩展了传感器的应用范围,帮助科技向前发展。 为了提高应力传感器的重要性能-拉伸性能,本论文以器件的图形化结构设计作为研究基础,通过优化激光切割和磁控溅射工艺参数,制备并获得了高分子材料薄膜图形结构,进而组装成具有良好拉伸性能的传感器件。该实验在器件制作过程中探索出了一种成本低、加工容易的工艺流程,可为以后的实际生产及应用提供依据。实验过程中,制备出单结点传感器件和阵列传感器器件,分别研究其拉伸延展性能,并进行一系列器件稳定性、抗疲劳性、微小应力和人体运动等方面的测试,得到了比较理想的实验结果。其中主要成果如下: (1)器件采用PDMS/Ag/Ecoflex/Ag/PDMS三明治结构,其中Ag电极通过简单的加工制作工艺获得图形化结构,有效的提高了拉伸性能。使用字母“N”模型对器件在拉伸应变70%后并施加27.8 kPa压力下探测获得清楚的字母“N”的形状。并对器件进行拉伸扩展50%超过1000次后进行测试,器件展现出良好的拉伸扩展稳定性。实验表明,无论单结点还是阵列的应力传感器,具有图形化结构电极的器件都具有良好的拉伸扩展性能。 (2)应力传感器施加应力探测,结果得出良好的稳定性和重复性。在数字“9”模型下,施加14 kPa应力前后进行详细的应力探测,在忽略电容相对变化△C/C0小于2.5%串扰影响的情况下,可清晰获得数字“9”应力分布图。并随着施加应力的增加,电容相对变化△C/C0与施加应力之间呈现出良好的线性增加关系。通过测量得到器件灵敏度为S=1.45 MPa-1,高于蛇形金电极和碳纳米管的灵敏度。结果表明,具有图形化结构的应力传感器具有良好的稳定性能、应力分布探测以及高灵敏度。 (3)根据器件的微小应力探测的性能研究得出,应力传感器器件能检测0.5 mg水滴的重量(相当于6 Pa压强);通过测量不同重量的水滴,发现从7 mg到20 mg(相当于从14.5 Pa到20 Pa)应力传感器器件电容变化△C与施加水滴重量呈现直线变化关系。应力传感器器件用于人体的运动监测研究发现,应力传感器电容相对变化△C/C0与人体手臂弯曲角度呈现线性关系。探测结果得出,应力传感器在人体运动监测和人机交互应用方面具有广阔前景。