基于CNTs/PDMS介电层的柔性压力传感特性研究

提出一种基于MEMS工艺的柔性压力传感器制备方法.采用MEMS工艺制备柔性压力传感器模板,结合纳米压印技术、射频磁控溅射技术和PDMS软光刻工艺在PDMS柔性基底上制备了具有"V"型阵列微结构的Ag薄膜平行板电极,基于碳纳米管(CNTs)/PDMS聚合物的压电容特性,制备出电容式柔性压力传感器.针对不同尺寸的压力传感器进行对比测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到3.98% kPa-1,具有良好的重复性,在智能穿戴和电子皮肤等方面有着广阔的应用前景.     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

基于黑磷烯/氧化石墨烯双介质层的柔性电容式压力传感器

设计并制备了由黑磷烯/氧化石墨烯双层材料为介质层的电容式柔性压力传感器,该传感器结构以ITO为电容上下极板,PET为柔性基底,并对该传感器进行了系统的性能测试与分析。着重研究了该传感器在不同压力量程内的灵敏度,进而分析了其温度漂移特性。测试结果表明,以黑磷烯/氧化石墨烯薄膜为双介质层的电容式柔性压力传感器在0～3.12 kPa压力量程内灵敏度可达到1.60 kPa^-1。同时,对该传感器和以氧化石墨烯薄膜为单介质层的传感器进行了弯曲应变性能的对照实验,可知具有双介质层的传感器结构能够显著提高传感器的输出特性。     

基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的设计

给出了一种基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器的结构及工艺。为了准确地把握这种微电容式加速度传感器的力学和电学特性,仔细地建立了它的力学模型。在此基础上,详细分析了它的动态特性———模态。并用有限元的方法分析和计算了微电容式加速度传感器的加速度与电容信号的非线性输入输出关系,并结合实测参数验证了模型的有效性。最后提出了一种详细的有效的基于MEMS技术的微电容式加速度传感器的结构以及加工工艺流程。基于MEMS技术制作的微电容式加速度传感器具有结构简单、工作可靠和工作范围大的特点。根据这套方法,可以比较方便地设计并加工不同测量要求的加速度计。     

碳纳米管/PDMS复合材料柔性阵列压力传感器制备与实验

以碳纳米管（CNTs）作为导电填料,聚二甲基硅氧烷（PDMS）为基体材料,采用溶液法制备出CNTs/PDMS导电复合材料。研究了碳纳米管浓度对复合材料的电学特性和压阻特性的影响规律,得到碳纳米管在PDMS中的渗滤区域。通过复合材料的压力灵敏度优化碳纳米管浓度。以制备的复合材料为敏感材料,FPCB工艺加工的柔性基板为电极,设计制备了一种简单结构和工艺的柔性阵列压力传感器。用零电势法设计了阵列电阻读出电路与LabVIEW实现的上位机配合,实现信号读取和显示。最后通过一个应用实例表明,该柔性阵列压力传感器及信号处理系统可以实现压力分布与大小的实时监测,可为柔性阵列压力传感器设计与制备提供参考。     

具有自检自标定功能的高负载电容式金属微加速度计的研究

提出一种由圆形板和大量扇形梁构成活动部件的新型高负载电容式微加速度计。通过将固定电极分为检测电极与驱动电极,可实现自检自标定功能。该微加速度计以金属为核心部件材料,并采用UV-LIGA微工艺进行加工。虽然活动部件因全柔性而具有复杂变形、器件内存在复杂机电耦合,但该传感器所建立的计算模型具有精确、快速的特点。采用AD77...     

基于柔性微电极的高灵敏度MEMS电化学地震检波器

为了进一步降低微机电系统(MEMS)电化学地震检波器敏感电极的加工成本,提升传感器的灵敏度,推动其在地球物理勘探等领域的发展,提出了一种基于柔性微电极结构的新型MEMS电化学地震检波器.与基于硅衬底制作敏感电极相比,敏感电极的制作方法可以通过有效减小电极间距,大幅度提升传感器的灵敏度,大幅降低工艺成本.介绍了柔性微电极的加工工艺流程,并对传感器的性能进行了测试.结果表明:提出的地震检波器较基于硅衬底微电极器件灵敏度提高了一个数量级.     

电容式微超声传感器的电极参数优化设计

建立了电容式微超声传感器(cMUT)的有限元模型,通过对模型进行静电-结构耦合仿真分析,研究了金属电极的结构参数包括电极面积、电极厚度、电极材料以及电极相对与薄膜的位置等参数的变化对传感器性能的影响.分析了电极参数与传感器吸合电压,静态电容,机电转换比以及机电耦合系数的关系,最后得到了优化的电极结构参数,即金属电极面积为传感器振动薄膜面积的一半时,传感器具有较低的吸合电压和较大带宽值及机电耦合系数.     

基于单壁碳纳米管的压阻式柔性传感器

一维纳米材料与微结构结合的纳器件制造过程,实现了微纳加工工艺上的创新升级,有可能突破微米级器件的性能极限。首先利用传统的硅微加工技术,在综合性能优异的聚酰亚胺PI(Polyimide)薄膜上制作金(Au)微电极,形成排列有序的平行电极对;然后通过交流介电电泳的方法在微电极对间实现单壁碳纳米管SWNTs(Single-Walled Carbon Nanotubes)一维定向排布;接着采用区域选择性电沉积技术定域沉积Au压覆SWNTs,改善SWNTs与电极的接触特性。最后,针对基于SWNTs的柔性微纳传感器进行了力电特性测试。结果表明:在环境温度为(23±5)℃,湿度为65±15%RH,0.1 V工作电压下,压阻因子约为443,精度约为5.16%。上述研究结果在柔性微纳器件的制作方面显示了一定的应用前景,为实现超微型化和高功能密度化的柔性器件铺平道路。     

电容式柔性触觉传感器设计

为了实现对机器人指端触觉压力的检测,设计了一种电容式柔性触觉传感器,以PORON聚氨酯材料作为电容式触觉传感器电极间的弹性绝缘介质,导电膜在空间上呈垂直分布,分别交叉粘贴于 PORON聚氨酯材料上、下表面构成电容式触觉传感器的上、下电极,一起组成柔性电容传感单元,该触觉传感器制备工艺简单,材料成本低廉。测试结果表明,该触觉传感器及其信号采集与处理系统能够检测0~ 20Ｎ的触觉压力,曲线拟合最大误差为 6.44％,重复性误差为6.29％,能够实现触觉压力的检测,为在机器人指端实现触觉压力的检测提供一种参考。     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.     

基于电容-电阻转换原理的柔性压力传感器

目前,基于碳基纳米材料的柔性压力传感器凭借着其便携性、柔韧性、生物相容性和低成本等特点,在智能医疗、人机交互和智能机器人等领域有着广泛的应用前景,但如何使其在具有较大量程范围的同时保持较高灵敏度,仍是一个严峻的挑战。提出一种基于氧化石墨烯/碳纳米管（Graphene Oxide/Carbon Nanotube, GO/CNT）复合敏感层的柔性压力传感器,同时以热塑性聚氨酯弹性体（Thermoplastic Polyurethanes, TPU）多孔海绵作为传感器骨架。该GO/CNT@TPU柔性压力传感器的量程范围为0～60 kPa,基于电容-电阻转换原理,当受到较小压力（0～5 kPa）时,传感器以电阻感知为主,灵敏度为0.05777 kPa^-1;当受到较大压力（5～60 kPa）时,传感器以电容感知为主,灵敏度为0.33213 kPa^-1。从而有效地实现了传感器的在宽量程内的高灵敏度检测。     

基于PI衬底的柔性MEMS电容式触觉力传感器设计与制作

论述了一种可应用于机器人或医学修补技术的触觉传感器及其在旋涂的柔性聚酰亚胺衬底的新制作方法.该传感器是由多层无机和有机薄膜组成的柔性薄膜结构.结合传感器结构特点及各结构层材料的加工性能,进行工艺优化整合.尤其首次在载体硅片与PI衬底之间引进PDMS分离层,使得柔性器件的分离工艺大大简化.最后得到一种简单、低廉且与常规MEMS技术兼容的工艺.所制的传感器结构轻薄,可挠性好,且能贴附在任意形状的物体表面同时实现法向力和切向力的测量.     

LTCC高温压力传感器的设计制作和测试

提出了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)的无线电容式压力传感器,并具体讨论了传感器的设计、制作以及测试。与传统的LTCC工艺所不同的是,引入了碳膜作为牺牲层来填充传感器结构的内置式空腔,可以有效地防止空腔在层压和烧结时的变形。测试中传感器表现出了良好的灵敏度,高于之前国际上的研究水平。同时给出了现有结构优化改进的方向。     

一种检测钢轨温度应力的电容式传感器

介绍了一种用于钢轨温度应力检测的电容式位移传感器。该传感器采用柔性铰链作为位移放大机构,并通过ANSYS软件对结构进行有限元建模。分析了该机构对传感器的灵敏度、线性度等参数的影响,以实现对传感器的参数优化设计。     

基于双声表面波器件的引信加速度传感器

In view of the shortcomings of silicon micro acceleration sensor based on piezoresistive effect and capacitance principle, such as temperature drift, low resolution and poor anti-interference ability, a fuze acceleration sensor based on dual SAW devices is proposed. The sensor adopts a dual saw device structure, one is coated with a sensitive film for measurement, the other is an uncoat- ed reference channel for compensation of environmental temperature, pressure, humidity and other factors. The experimental results show that the maximum linear error is only 1.6%, the sensitivity is 54.3Hz/g, and the maximum hysteresis error is less than 1%. Compared with piezoresistive accelerometer and capacitive accelerometer, the linear error of the accelerometer is small, the sensitivi- ty is high, and it has strong anti-interference ability.     

Analysis and design of a wide micro beam as a pressure gauge for high sensitivity MEMS fingerprint sensors

Sensitivity improvement is a challenging issue in miniature pressure sensors. To improve sensitivity and linearity of the device, a wide micro beam structure has been proposed to gauge capacitance changes caused by the applied pressure in a capacitive MEMS fingerprint sensor. Bending behavior of the device and the effect of the protrusion geometry on partial loading of the micro beam has been analytically investigated. Based on the idea of efficient loading of the wide micro beam, an improved design for the capacitive fingerprint sensor is developed to increase sensitivity. It is shown with FEM simulations that the micro wide beam design is superior to the common membrane based MEMS fingerprint sensors in terms of sensitivity and linearity.     

A flexible capacitive tactile sensor array with micro structure for robotic application

A flexible capacitive tactile sensor array with micro needle structure is proposed in this paper for robotic application. Micro needle layer made of polydimethylsiloxane （PDMS） is sandwiched between the upper electrode layer made of PDMS and the bottom electrode layer fabricated on polyester （PET） film. The PDMS material renders the device adequate flexibility as it can be rolled into a cylinder. The single cell size in the fabricated 4 ~ 4 sensors array is 0.7 ~ 0.5 cm2 and the initial capacitance of each cell is 0.86 pF. The fabricated cell shows a sensitivity of 3.26%/mN within the full scale range of I kPa. The micro needle structure gives better repeatability and stability. The maximum error during each measurement is about 3.2%, while the minimum error is about 1.2%.