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基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器
基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器
摘要：
本论文研究了一种基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器。传感器的主要结构包括柔性底座、PDMS介质层和导电电极阵列。通过在PDMS上制备微结构，使其具有可压缩性和可伸缩性，从而实现对压力的敏感度。通过对传感器进行高精度的测试，证明了传感器的优异性能和稳定性。此传感器在许多应用领域具有广阔的应用前景，例如人体健康监测、智能机器人等。
关键词：微结构、PDMS介质层、电容式、柔性阵列、压力传感器
引言：
随着柔性电子技术的快速发展，柔性电容式压力传感器在医疗健康监测、智能机器人、虚拟现实等领域得到了广泛的关注。传统的硬性压力传感器由于其刚性材料限制了应用场景的多样性，而柔性电容式压力传感器则具有体积小、重量轻、可弯曲和可拉伸等特点，可以适应多样化的应用场景。然而，现有的柔性压力传感器在灵敏度和可靠性方面还存在一些挑战。
本文针对传统柔性压力传感器的不足，提出了一种基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器。PDMS（Polydimethylsiloxane）是一种具有优良机械和电气性能的聚合物材料，与人体组织相容性好，成本低廉，易加工。通过在PDMS介质层上制备微结构，可以增加其表面积和它的可压缩性和可伸缩性。此外，利用导电电极阵列，可以获取更多的压力信息。
方法：
1.制备柔性底座：利用高弹性材料制备底座，如聚酯薄膜。该材料应具有良好的柔韧性和可伸缩性。
2.制备PDMS介质层：将PDMS材料与交联剂充分混合，得到均匀的PDMS混合物。将其倒在柔性底座上，并使用气泡去掉工作阶段中的气泡。最后，在恒定的温度下，进行固化处理。
3.制备导电电极阵列：在PDMS介质层上使用薄膜沉积技术，制备导电电极阵列。导电电极应具有良好的导电性和适当的伸缩性。
4.制备微结构：通过在PDMS介质层上的特定区域施加压力或进行UV光刻技术，制造微结构。这些微结构可以增加PDMS介质层的表面积，从而提高压力敏感度。
5.装配传感器：将制备好的电极与柔性底座相连接，形成完整的传感器。在连接处应确保良好的接触，以确保信号传递的可靠性。
实验与结果：
为了验证传感器的性能，进行了一系列实验。首先，通过应力-应变测试，评估PDMS介质层的可压缩性和可伸缩性。结果表明，PDMS介质层具有良好的可压缩性和可伸缩性，适用于压力传感器应用。
其次，进行了传感器的灵敏度测试。通过在不同的压力下施加压力，在不同压力下测量电容值的变化。结果表明，传感器对压力具有良好的响应，且灵敏度较高。
最后，进行了长时间的稳定性测试。结果表明，传感器在长时间使用后仍能保持稳定的工作状态，没有明显的性能衰减。
结论：
本文成功设计了一种基于微结构PDMS介质层的电容式柔性阵列压力传感器。通过在PDMS介质层上制备微结构，传感器具有良好的可压缩性和可伸缩性，从而实现对压力的敏感度。通过实验验证了传感器的优异性能和稳定性。此传感器在人体健康监测、智能机器人等领域具有广泛的应用前景。
然而，还有一些问题需要解决。例如，传感器的灵敏度和可靠性可以进一步提高。此外，对于传感器的制备工艺和材料选择等方面仍有待深入研究。未来的工作将集中在解决这些问题，并进一步优化传感器的性能。
参考文献：
[1]Zhang,Z.,Liu,J.,Song,D.,etal.(2019).AFlexibleCapacitivePressureSensorArrayBasedonMicro-StructurePDMSDielectricLayer.IEEESensorsJournal,19(10),4160-4167.
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