基于表面微结构的柔性传感器

发布时间：2022-07-27 21:16

　　21世纪进入到一个信息网络的大数据时代。信息终端逐步从大型主机向可穿戴设备推进,电子器件面临着柔性化的挑战。柔性电子技术研发新的电子材料和器件,模拟皮肤多性能性,这种系统即电子皮肤。柔性触觉传感器作为电子皮肤的重要组成之一,能够响应外界刺激,对智能机器人、医疗健康、移动设备等方面的发展起到极大的推动作用。研究人员通过对不同传感机理的探索,研发了电容式、电阻式、压电式、摩擦电式为代表的多种触觉传感器,不断地提高器件的传感性能。引入微结构是以上多种触觉传感器提升性能的策略。例如,以微金字塔结构作为介电层,可有效提高触觉传感器的灵敏度。然而,这些稳定结构在高压区发生形变极难,造成了器件在高压区灵敏度很低的结果。相对于常见的稳定结构,本文设计易失稳的大高径比微柱结构来提高器件的灵敏度、增大响应的压力范围。充分利用微结构的变形特点,结合离子型电容器的高灵敏度特性,提高了传感器的灵敏度,优化传感器的性能。本文通过模板法制备易失稳的微柱阵列。采用光学曝光和金属催化刻蚀法在硅片上制得大高径比的微孔结构,之后使用纳米热压印并利用弹性体浇筑制得具有5:1高径比的聚二甲基硅氧烷（PDMS）微柱结构。镀金后作... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 柔性触觉传感器的研究现状
        1.2.1 柔性触觉传感器的主要性能参数
        1.2.2 柔性触觉传感器的主要传感机理
        1.2.3 柔性触觉传感器的基底选择
        1.2.4 柔性触觉传感器的材料优化
        1.2.5 柔性触觉传感器的结构优化
    1.3 现存问题与实验设计思路
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 大高径比微柱结构电极及传感器的设计与制作
    2.1 引言
    2.2 实验方法
    2.3 实验流程图
    2.4 大高径比微孔结构设计与制作
        2.4.1 使用材料与设备
        2.4.2 微柱结构的设计与制作
    2.5 大高径比微柱结构的倒模
        2.5.1 使用材料与设备
        2.5.2 微柱结构的倒模工艺
    2.6 电极和介电层的制作及电容器的封装
        2.6.1 使用材料与设备
        2.6.2 柔性电极的制作
        2.6.3 离子型介电层的制作
        2.6.4 电容器的封装
    2.7 本章小结
第3章 大高径比微柱结构柔性电容传感器的性能测试
    3.1 引言
    3.2 柔性电容传感器的性能测试
        3.2.1 性能测试使用的设备
        3.2.2 柔性电容传感器的性能表征
    3.3 柔性电容传感器的应用测试
        3.3.1 柔性传感器的阵列测试
        3.3.2 柔性传感器的人体运动检测
        3.3.3 柔性传感器的人体健康参数监测
    3.4 本章小结
第4章 传感器结构设计与性能原理分析
    4.1 引言
    4.2 大高径比微柱结构的设计原理
    4.3 离子型电容传感器的传感机理
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯的制备及其应用研究进展[J]. 杜淼,张光荣.  无机盐工业. 2019(03)
[2]柔性可穿戴电子传感器研究进展[J]. 钱鑫,苏萌,李风煜,宋延林.  化学学报. 2016(07)
[3]填充炭黑对柔性触觉传感器用导电硅橡胶性能的影响[J]. 黄英,黄钰,高峰,刘平,葛运建.  功能材料. 2010(02)
[4]皮肤的力学性能概述[J]. 卢天健,徐峰.  力学进展. 2008(04)
[5]AZ5214E反转光刻胶的性能研究及其在剥离工艺中的应用[J]. 陈光红,于映,罗仲梓,吴清鑫.  功能材料. 2005(03)



本文编号：3666187