【摘 要】
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近年来,柔性压力传感器由于它的柔韧性、人体相容性等优点,被广泛应用于医疗诊断、电子皮肤等领域。但随着这些领域的深入研究,对柔性压力传感器的灵敏度、响应时间、迟滞性以及重复性等性能指标提出了更高的要求,其中灵敏度最为重要。对于上述存在的问题,本文提出了一种具有高灵敏度的基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列。本文的主要工作如下:首先,研究了基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列的制备方法
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近年来,柔性压力传感器由于它的柔韧性、人体相容性等优点,被广泛应用于医疗诊断、电子皮肤等领域。但随着这些领域的深入研究,对柔性压力传感器的灵敏度、响应时间、迟滞性以及重复性等性能指标提出了更高的要求,其中灵敏度最为重要。对于上述存在的问题,本文提出了一种具有高灵敏度的基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列。本文的主要工作如下:首先,研究了基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列的制备方法,包括介质层制备、电极层制备和传感器封装,并制备了四种电极层表面微结构大小不同的传感器。具体研究内容有:选择了具有优异弹性性能的聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为介质材料,通过旋涂法制备介质层;选择了具有导电性能优秀的银纳米线(AgNWs)作为电极材料以及具有柔性好、绝缘性好的PDMS作为衬底材料,并以目数分别为80、400、800的砂纸以及光滑的玻璃片为模板,制备了四种不同的AgNWs/PDMS电极层;制作了 7×7的电极阵列,采用了“三明治型”的结构组合,选用了具有粘性的PI薄膜完成传感器的封装。其次,搭建了柔性压力传感器的性能测试平台,完成了对上述制备的四种传感器的灵敏度测试与优化选择。通过实验对比,证明了在双电极层表面制造微结构的方式能够提高传感器的灵敏度,是电极层表面无微结构化传感器的21倍;同时对双电极层表面微结构的大小进行了优化选择,确定了以目数为80的砂纸为模板制备的双层微结构电极的电容式柔性压力传感器灵敏度最高。然后对灵敏度最高的柔性压力传感器进行了动态特性的测试,测试结果表明,传感器具有快速的响应时间、良好的迟滞特性以及可靠的重复性。最后,对于灵敏度最高的基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列,搭建了一套信号采集系统,验证其实际测量效果。该系统由下位机的硬件和软件以及上位机软件组成,实现了传感器的信号采集、处理、传输以及显示。对传感器进行测试,测试结果证明了传感器能够完美地实现对物体的压力大小以及压力分布情况的检测。本文设计的基于双层微结构电极的电容式柔性压力传感器阵列的各项性能指标均能达到使用要求,相比于传统柔性压力传感器具有更高灵敏度和更广阔的应用前景。
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