摘要
数字化社会中，人机物三元融合的关键在于信息感知，柔性传感器是信息感知的重要元件。信息的实时采集和精准感知对传感器的灵敏度、响应时间与检测范围提出了更高的要求。人们通常通过材料选择和结构设计来提高传感器的性能，微结构设计是其中一种有效策略。近年来微结构制备工艺层出不穷，工艺复杂的微纳加工，不可重复的植物模板法，都无法满足无模板和低成本的要求。具有工艺简单且无需模具特点的磁辅助法受到了人们的青睐。然而当前磁辅助法多为原位自发生长微结构，对微结构形貌可调控性还有待提高。为此，本研究发展动态磁场构筑界面微结构的方法，并制备柔性电容式压力传感器，主要研究成果如下: (1)设计并成功搭建了动态磁场装置，可实现对微结构构筑所需的微区磁场的实时调控。首先，运用COMSOL建立磁场仿真模拟，获得了微区磁场强度与高磁导率介质的停留距离、横截面积和分布密度皆呈反比的调控规律。其次，利用高磁导率介质与永磁体构建微区磁场，进一步利用电机控制高磁导率介质阵列运动，实现了动态磁场装置的搭建。 (2)通过探索动态磁场调控微纤毛生长规律，获得了具有不同长径比微纤毛结构的介质层材料。研究结果表明，微纤毛的长径比与高磁导率介质运动速度、保留时间、横截面积呈正比关系，与介质停留距离成反比。基于此制备得长径比为2-6的微纤毛;并通过改变动态磁场方向，获得了倾斜角度为0-60°的微纤毛。 (3)利用微纤毛介质层构建柔性电容式压力传感器。研究表明，传感器灵敏度随微纤毛长径比增大而增大，与微纤毛倾斜角度成正比;该传感器在0-1 kPa压力范围内，灵敏度高达4.11 kPa-1，响应时间约为20 ms，最低检测限为9.8 Pa;在500 mT磁场作用下，电容相对变化值可达71.63％，响应时间为70 ms。并应用于手指和头部转动信号识别，脉搏和呼吸生理信号的监测以及非接触式距离探测。该传感器为制备压力-磁场多功能传感器提供了方法。
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