可延展柔性应变传感器因具有可与任意曲面良好贴附共形的能力,在人机交互、健康监测、智能机器人等领域具有重要的应用价值。利用具有高压电系数的压电薄膜构筑柔性压电应变传感器,可以实现具有自供电、高灵敏度、高频响等优点的应变信号感知。然而,常见的压电薄膜不具备本征的可延展性,需要对其进行力学结构设计以满足器件对可延展性的要求。但同时力学结构的引入会使压电薄膜内的应力分布更为复杂,造成器件性能的变化。因此,如何通过力学结构的设计进行器件力电耦合过程的调控,以实现器件性能的优化,是可延展柔性压电应变传感器设计中的关键问题之一。本研究利用可延展柔性电子器件中常用的蛇形可拉伸结构,设计制备了基于聚偏氟乙烯压电薄膜的可延展柔性压电应变传感器。结合理论分析和实验结果,分析了该器件中力学结构设计参数、薄膜中应力分布、器件信号输出特性之间的关联性。进一步地,针对具有蛇形结构的压电薄膜在拉伸过程中相反性质应力集中分布,导致正负电荷相互抵消影响输出信号强度的问题,探讨了利用应力抑制层结构和电极图案化方法提高可延展柔性压电应变传感器输出信号强度的可行性。首先,结合紫外纳秒激光加工方法,开展了PVDF薄膜的图案化方法研究,完成了可延展柔性压电应变传感器的制备,建立了器件的力学有限元模型和压电性能有限元模型,分析了传感器电压输出特性、可拉伸性与蛇形可拉伸结构设计之间的关联性。有限元计算和实验测试结果表明,图案化后的PVDF薄膜在拉伸时会在表面同时出现张应力和压应力,导致异号电荷的同时产生,进而因电荷的中和出现输出性能的衰减。通过改变圆弧线径、圆弧角度等蛇形可拉伸结构几何参数,可以有效调控PVDF薄膜中的应力分布,从而实现器件性能的优化。在此基础上利用仿真分析方法探讨了利用应力抑制层结构抑制压应力出现的可行性。分析表明,当应力抑制层杨氏模量/PVDF杨氏模量≥10,应力抑制层厚度/PVDF厚度≥0.2时,可以实现对压应力的有效抑制,减少电荷中和。其次,提出了通过PVDF薄膜电极图案化实现器件性能调控的方法。通过在PVDF薄膜两侧电极的张应力与压应力集中区域之间构筑隔离沟道,有效避免了张应力和压应力所产生的异号感应电荷发生中和,实现了传感器输出电压的大幅提升,最大提升幅度达106.7%。在人体生理和运动信号检测的应用效果表明,电极图案化处理后的可延展柔性压电应变传感器相较于未处理的器件,具备更高的灵敏度,且能够有效检测脉搏等较为微弱的生理信号。