摘要
随着物联网技术与智能机器人技术的快速发展，柔性传感器以其兼具柔韧性和高灵敏度的优点获得了广泛的关注。其中，柔性压力传感器是一种应用广泛的柔性力学传感器，其被用于感知物体表面作用力的大小。目前柔性压力传感器在灵敏度、响应速度及最小可探测压力等性能方面还需进一步改善，以满足物联网与智能机器人等应用的需求。本文以柔性压力传感器为研究对象，通过低成本和高效的微尺度表界面工程方法引入微结构，提高了器件的灵敏度、响应速度以及最小可探测压力。具体研究内容如下: 1、利用UV/O3处理法制备基于褶皱状微结构的柔性压力传感器。 利用预拉伸PDMS在UV/O3处理下表面产生的褶皱状微结构，对其进行倒模并涂覆导电层，进而制备了压阻式柔性压力传感器。该传感器表现出了良好的性能，其灵敏度达到了0.1023kPa-1，并且具有较快的响应速度以及良好的循环稳定性。 2、利用砂纸倒模制备了基于不规则微结构的柔性压力传感器。 为了进一步简化器件的制备步骤和制备成本，采用对砂纸直接倒模的方法制备了基于不规则微结构的柔性压力传感器。该制备方法与UV/O3处理法相比工艺更加简单，成本更加低廉，测试表明该传感器灵敏度达到了0.2092kPa-1，高于基于褶皱状微结构的传感器。 3、3D打印制备基于微结构化同轴导电纤维的集成式力学传感器。 探索了将3D打印技术应用于柔性传感器的制备。使用同轴挤出式3D打印技术制备了具有不规则微结构的同轴导电纤维，进而组装了电容式压力传感器阵列，其灵敏度可达0.56kPa-1。将其与3D打印的应变传感器进行了集成，制备了能够同时采集外力大小和方向信息的集成式力学传感器。 课题的主要创新点有:(1)提出了高效和低成本的微结构制备方法，提高了器件的灵敏度、响应速度和最小可探测极限;(2)采用3D打印技术制备了具有微结构的柔性压力传感器阵列，通过其与应变传感器的集成，实现了对外力大小和方向的测量。
NETL