摘要
随着人工智能和物联网技术的高速发展，柔性压力传感器的应用市场也在不断扩张。其中电容式柔性压力传感器具有响应速度快、重复性好等优点，在电子皮肤和人机交互领域中起到了重要作用。尽管有各种微结构被应用于柔性压力传感器的设计中，然而基于传统介电材料的电容式压力传感器的灵敏度仍然较低且压力检测范围较窄，很难满足日益多元化的应用需求。在本篇论文所涉及的研究中利用离子凝胶作为介电层材料并通过设计特殊的微结构形状，制备出了一种基于交错山脊微结构的离电式压力传感器，该传感器的灵敏度和压力测量范围照比前人研究有一定的提高。主要研究内容如下： （1）设计和制备了一款高性能的基于交错山脊微结构的离电式压力传感器。首先对聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）薄膜进行预拉伸处理，后对其进行紫外光臭氧处理。再将处理过的PDMS薄膜释放，释放后PDMS薄膜表面将产生纵向的波浪褶皱微结构。再将此时的PDMS薄膜进行横向拉伸引入横向表面裂纹。完成PDMS模板制备后，通过浇筑翻模的方式完成带有交错山脊微结构离子凝胶介电层的制备。带有交错山脊微结构的离子凝胶介电层降低了传感器的初始电容值，增加了传感器在大压力区间下的电容变化率，这使得该传感器在全压力区间内都保持较高的灵敏度。该传感器的灵敏度为92kPa-1（0-0.4kPa），45.04kPa-1（0.4kPa-20kPa），8.5kPa-1（20kPa-100kPa）。该传感器的响应时间为45ms，恢复时间为58ms。 （2）分析了该传感器低初始电容值的成因和影响。建立数学几何模型分析介电层的压缩过程。总结在压缩过程中介电层与电极间接触面积的变化规律。通过有限元仿真的方式分析了该传感器在大压力范围仍保持高灵敏度的原因。 （3）本研究中制备的基于交错山脊微结构的离电式压力传感器能够实际应用于工程中的压力测量场景。该传感器能够准确的测量出人体脉搏跳动，关节活动，手指触碰等压力特点。
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