柔性压力传感器可以在自身变形的情况下保持其压力感测能力,这在电子皮肤、人机界面以及医学诊断和治疗等领域中具有重要应用价值。当前柔性压力传感机制主要有电阻式、电容式、摩擦电式、压电式和离电式等类型。相比于传统的电阻式、电容式、摩擦电式和压电式传感器,离电式压力传感作为一种新兴的传感机制,具有灵敏度高、分辨率高、抗干扰能力强、测量噪音低、可检测静态与动态压力、线性度高等优点,具有解决当前柔性压力传感存在问题的潜力。为此,本论文采用理论分析和实验研究相结合的方式,开展了离电柔性压力传感技术及其应用的研究。论文的主要研究内容如下:(1)纸基离电压力传感器的制备技术及性能表征研究。提出了纸浆造纸法和手写法两种制备离电压力传感纸的工艺,并对它们进行了比较。离电压力传感纸可以仅通过纸张特定的操作(例如打印、切割、折叠和胶合)以二维平面或三维折纸的形式构造纸基离电压力传感器。特别地,纸基离电压力传感器的灵敏度可以高达10 nF/kPa/cm2,至少是当前电容式传感器的数千倍,具有单帕斯卡的压强分辨率,单毫秒的快速机械响应时间以及较高的响应线性度(R2>0.996)。(2)纸基离电压力传感器的传感机理及应用研究。基于纤维集合体经典压缩理论,建立了纸基离电压力传感器传感理论模型,推导并验证了此模型能合理解释纸基离电压力传感器压强-电容特性。进而设计了离电压力传感特性优异的柔性压力传感器,以纸张本身的可折叠、可印刷及可剪切等特点,实现了纸基离电压力传感器在医疗可穿戴、人机界面以及定制压力感测设备等方面的应用。(3)离电压力传感橡胶材料的制备、性能表征及其在电子皮肤中的应用研究。将柔性离电传感机制引入到柔弹性的硅橡胶材料中,研发出具有离电压力传感特性的固态离电压力传感橡胶材料。对离电压力传感橡胶材料的制备及其电学和力学性能进行了系统研究。制备了基于离电压力传感橡胶的单点压力传感器和压力传感阵列,展示了离电压力传感橡胶在电子皮肤领域的潜在应用。开发的电子皮肤样品具有高于人手触觉的空间分辨率、具备识别物体的形状及尺寸,能识别出直径80微米的头发丝,也能通过动态滑动的方式识别盲文的优异触觉传感功能。基于以上研究内容,本论文的创新之处是对离电柔性压力传感技术的工作原理进行了深入的研究,提出了两种新型的离电压力传感功能材料——离电压力传感纸和离电压力传感橡胶。借助纸纤维极高的杨氏模量及多孔结构的优势,纸基离电压力传感器表现出了极高的器件灵敏度、较低的压强检测阈值、快速的机械响应恢复时间及极高的响应线性度。此外,建立了纸基离电压力传感器的压力传感模型,推导并验证了传感器的压强-电容行为。离电压力传感纸在应用上的主要创新是将所有功能材料构建在单层平面纸质基材上,特定的折叠和切割程序将使设备架构能够构建为二维平面或三维立体形式。在这样的方案中,我们可以仅依靠纸张的特定操作来构建整个功能设备,这样既方便又低成本,同时仍然保持了设备的高灵敏度。离电压力传感橡胶是首次提出的一种用于离电压力传感的固态复合材料,相比于之前的离电压力传感材料来说拥有更好的力学性能。此外,离电压力传感橡胶材料优异的传感性能也被得到了验证并将其应用于电子皮肤中,展现了优异的触觉识别能力。