【摘 要】
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压力传感器在可穿戴电子、微电子器件和仿生机器人等领域有着重要的应用。柔性压电传感材料的开发是微型压力传感器的重要研究基础。压电聚合物因其优异的柔韧性、高变形性和易加工性引起了广泛的关注。虽然基于压电聚合物的柔性压力传感器的研究已经取得了很大的进展,但是压电材料在微尺度传感系统中的应用面临着电极兼容性、微型化、多步骤组装和高成本等诸多限制,而且大多数的压电传感器件需要一对上下平面电极,导致功能材料表
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压力传感器在可穿戴电子、微电子器件和仿生机器人等领域有着重要的应用。柔性压电传感材料的开发是微型压力传感器的重要研究基础。压电聚合物因其优异的柔韧性、高变形性和易加工性引起了广泛的关注。虽然基于压电聚合物的柔性压力传感器的研究已经取得了很大的进展,但是压电材料在微尺度传感系统中的应用面临着电极兼容性、微型化、多步骤组装和高成本等诸多限制,而且大多数的压电传感器件需要一对上下平面电极,导致功能材料表面与电极之间经常存在气隙,影响压电转换效率。因此迫切需要开发一种简单的策略构筑柔性一体化压电传感材料。我们提出了一种同步构建策略,通过静电纺丝技术分别制备了[聚丙烯腈]//[聚苯胺/聚乙烯吡咯烷酮]（[PAN]//[PANI/PVP]）Janus纳米纤维（NFs）、聚苯胺/聚丙烯腈（PANI/PAN）复合纳米纤维、[聚乙烯吡咯烷酮/聚苯胺]//[聚丙烯腈/钛酸钡]（[PVP/PANI]//[PAN/BTO]）Janus纳米纤维,实现了压电-导电一体化传感材料的构筑。通过SEM、TEM、EDS、XRD、FTIR等测试手段对制备的一体化压电传感材料进行了详细的表征,并通过简单的封装,对其压电输出性能进行了系统的研究和评估。结果表明,基于惠斯通电桥原理,一体化集成材料利用纳米电阻网络,在不同力作用下可以直接产生并输出电压信号用于压力传感,而且一体化结构有助于感应电荷的收集,使材料具有较低的压力检测限（0.1 N）和高线性灵敏度。同时,利用导电-压电纳米电阻网络替代传统传感器阵列和点阵电极,可以通过检测各区域输出电压分布来实现压力位置识别。此外,对所制备的一体化压电传感材料进行了多功能传感性能探究。以上实验结果展示了压电-导电集成材料的优异性,有望在可穿戴压力传感器和便携式电子设备等领域实现应用。综上所述,本论文提供了一种新的压电-导电集成材料的构筑策略,设计制备了一系列的柔性压电纳米纤维传感材料,实现了压电单元与纳米电阻网络的同步构建,克服了传统压电传感器件中的刚性电极限制,扩展了压电材料的应用范围,实现了一体化传感材料的定位传感和多功能应用。一体化传感材料将在触摸传感、智能织物、可拆卸仿生机器人、电子皮肤等领域具有潜在的应用。
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