压电触觉传感器因在人机交互、医疗诊断、机器手、电子皮肤等领域有着广泛的应用前景而倍受关注,具有高灵敏度、高分辨率、快速响应、高柔弹性、高可靠性的触觉传感器是目前国内外的研究热点之一。本文瞄准压电触觉传感器存在的高灵敏度与高弹性之间矛盾,采用低成本的水热法制备的ZnO纳米棒作为敏感层。从ZnO纳米棒压电效应理论出发,设计并制作出基于ZnO纳米棒的高灵敏度和高柔弹性压电式触觉传感器,从理论和实验两方面进行了较为系统的研究与讨论。论文主要工作和结果如下:(1)采用COMSOL有限元软件建模和多物理场耦合求解,分析了影响ZnO纳米棒压电效应的主要因素及其依赖关系。研究发现,ZnO纳米棒的输出压电电压与压电常数、长径比呈正相关;在幅值相同形式不同的力(方波、正弦、三角波)作用下,方波力呈现出最大输出压电电压。(2)以PDMS作为基底,溅射ZnO薄膜作为种子层,研究了种子层厚度和前驱体溶液掺入颗粒大小为40 nm的Au纳米颗粒(AuNPs)对水热生长ZnO纳米棒特性的影响。实验结果表明,种子层厚度在22.1 nm～80.2 nm范围,晶粒尺寸随着厚度的增加先增大后减小,但种子层越厚,c轴取向越好,晶体结晶度越好。随着掺入AuNPs含量的增加,ZnO纳米棒的径向尺寸和高度皆呈现先增加再减小的变化趋势,产生这一现象的主要原因是AuNPs对ZnO纳米棒生长的促进作用与薄膜内的压应力互相竞争。(3)制备出基于ZnO纳米棒的触觉传感器单元及阵列,对传感器特性进行表征。研究发现,制备工艺不同的传感器输出压电电压均随着压力的增大而增大,在0-1 N范围具有较好的线性。种子层厚度对传感器的灵敏度有较大影响,其中种子层厚度为80.2nm的传感器具有最大灵敏度,其值为524.5 m V/N。前驱体中AuNPs的含量对传感器灵敏度也影响明显,AuNPs含量为100μL的器件(种子层厚度为80.2 nm)具有最高的灵敏度,其值高为1424.12 m V/N。结果表明,少量的AuNPs对ZnO压电效应具有促进作用,但过量的AuNPs使ZnO纳米棒的自发极化与长径比降低,从而导致压电效应降低。(4)研究了掺入100μL AuNPs的传感器在多种具体场景下的压电响应特性,结果表明,该传感器具有优异的伸展和弯曲功能,能在不同频率下稳定工作,辨别物体的粗糙度和运动轨迹,也能实现8单元的力映射。相关的应用研究表明,该ZnO纳米棒触觉传感器有望在电子皮肤、机器手等领域获得应用。