【摘 要】
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柔性传感器相比传统传感器有着可形变性、高延展性以及生物兼容性强等优势,随着柔性电子技术的发展,柔性传感器在电子皮肤,温度监测以及压力传感等方面的应用有了一定程度的认可并开始广泛使用在日常生活以及科研需求等领域中。基于这个方面目前已有的研究进展,本文设计了以金属铂薄膜蛇形温敏电极作温度传感器,介电层为多孔PDMS薄膜的平板电容作压力传感器的柔性温压一体化传感器。具体来说本文的主要研究内容有以下两方面
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柔性传感器相比传统传感器有着可形变性、高延展性以及生物兼容性强等优势,随着柔性电子技术的发展,柔性传感器在电子皮肤,温度监测以及压力传感等方面的应用有了一定程度的认可并开始广泛使用在日常生活以及科研需求等领域中。基于这个方面目前已有的研究进展,本文设计了以金属铂薄膜蛇形温敏电极作温度传感器,介电层为多孔PDMS薄膜的平板电容作压力传感器的柔性温压一体化传感器。具体来说本文的主要研究内容有以下两方面:1.柔性温压一体化传感器的最佳制备工艺:采用COMSOL Multiphysics对本课题的设计理念进行仿真验证,采用MEMS工艺技术制备了整板面积为10mm*10mm,中心蛇形区域面积为2mm*1.2mm的蛇形温敏电极,并对不同制备工艺参数进行了特性研究,得到最佳的蛇形温敏电极制备工艺为电极线宽50um、磁控溅射时间20min、退火温度180℃。用碳酸氢铵作为造孔剂,结合模具热压法制备了多孔PDMS薄膜,最终得到了多孔PDMS薄膜的最佳制备工艺:碳酸氢按掺杂浓度15wt%,薄膜厚度1.5mm。2.柔性温压一体化传感器的性能测试:柔性温压一体化传感器在20℃～80℃范围内的温度响应测试结果为:线性度0.21%,灵敏度0.00226℃-1,稳定性最大波动0.13%,重复性0.25%,迟滞1.56%,分辨率高达0.2℃,温度响应时间为189ms,抗弯折能力强。在0～300k Pa压力范围内传感器的压力响应测试结果为:线性度为0.47%和1.75%,灵敏度0.0493k Pa-1和0.0041k Pa-1,循环过程中输出值的最大变化率0.56%,重复性0.78%,迟滞1.15%,可分辨0.5k Pa的压力,响应时间大约在200ms左右,弯折后器件在相同测试点的最大电容变化率为2.22%。对传感器样品的温度压力交叉响应进行了测试,由于金属应变效应的存在,压力会对温度探测造成一定的误差影响,而温度不会对压力探测产生明显影响。柔性温压一体化传感器在实际场景下的应用表现了其出色的器件性能,能够同时有效地感知外界温度和压力变化。
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