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.     

基于FBG的机器人柔性触觉传感器

为了满足机器人与外界环境、对象发生接触及交互作用时的触觉感知需求,提出了一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的柔性触觉传感器．该传感器采用3×3 FBG阵列作为柔性传感元件,聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料构成双层柔性基体．介绍了传感器的传感原理并采用有限元方法对其弹性体进行力学仿真分析,基于标定实验平台完成该传感器的静态标定实验．传感器的空间分辨率为25mm,在10mm×10mm载荷施加单元下,对力的感知范围为0～7N,且传感器具有较好的线性度和灵敏度,重复性和一致性良好,力灵敏度为0.16nm/N．实验结果和分析研究都证明了柔性触觉传感器的可行性．该传感器与人体皮肤触感及结构极为相似,且布线简单、抗干扰能力强．     

基于PDMS海绵介质层的电容式柔性压力传感器

柔性压力传感器以其低成本和大的检测范围等优势广泛的应用于电子皮肤和可穿戴传感器领域。本文通过在PDMS中填充碳酸氢铵材料,制备了大面积高密度具有微观结构的PDMS海绵介质层,通过简易的方法完成了柔性压力传感器的制备。与以往的柔性压力传感器相比,制备的PDMS海绵介质层由于气孔的存在更容易在受到压力时发生形变,拥有高的灵敏度(0.23 kPa^-1)、大的检测范围(0～50 kPa)、稳定的重复性(>1 000循环)以及快的响应时间(<150 ms)。通过对不同厚度、不同大小的PDMS海绵介质层进行测试,利用厚度为1.5 mm,大小为8 mm×8 mm的PDMS海绵作为压力传感器的介质层实现了力的实时检测。     

具有3D微纳结构PDMS阵列免疫传感芯片研制

介绍了一种简便快速加工微阵列免疫传感芯片的新方法。采用化学刻蚀技术加工具有μm级山脉状起伏和nm级表面粗糙度结构(简称为3D微纳表面)的玻璃阳模,以该阳模为模板浇注法制得表面具有3D微纳表面结构的PDMS基片,再借助于物理吸附,将抗体直接固定于该PDMS表面,形成具有3D微纳结构的PDMS微阵列免疫传感器。利用光学显微镜和原子力显微镜对玻璃阳模和PDMS基片表面形貌进行表征,研究了PDMS表面微纳结构化处理对抗体吸附能力的影响。结果表明:3D微纳结构的PDMS由于具有大的比表面积,能显著增强抗体的吸附能力。将研制所得的3D微纳表面结构的PDMS芯片用于微阵列荧光免疫分析,其灵敏度是平板PDMS的5倍。     

基于柔性电极结构的薄膜电容微压力传感器

基于柔性电极结构,本文设计、制作了薄膜电容微压力传感器,在阐述传感器工作原理的基础上,提出了两种设计思路,即基于柔性纳米薄膜的电容式微压力传感器和具有微结构的柔性电极薄膜电容式微压力传感器,并结合传感器的结构和柔性材料的加工特性,进一步提出了相应的力敏特性材料结构优化思路和加工流程,利用该流程得到了一种结构轻薄、工艺简单、高灵敏度的微压力传感器。经测试,本文制作的压力传感器的灵敏度能够达到218 fF/mmHg,在智能穿戴和可植入压力检测等领域显示出较好的应用前景。     

小量程MEMS电容式压力传感器的研究与发展

介绍了电容式传感器在小量程压力测量领域的优势和目前研制小量程MEMS电容式压力传感器的技术难点。从实现MEMS电容式传感器小量程压力测量的不同方法出发,详细论述了国内外的研究成果、关键技术及应用情况。最后分析总结了小量程MEMS电容式压力传感器的发展方向与挑战。     

石墨烯/聚二甲基硅氧烷三维非织造结构压阻柔性压力传感器

压阻式压力传感器是可穿戴器件中的关键元件。由于优异的弹性性能,本文以三维聚酯非织造布作为基材,还原氧化石墨烯(rGO)作为活性材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为柔性材料,组装三维(3D)压阻式压力传感器。该传感器具有良好的感应特性,包括短响应时间(120ms)和微弱的迟滞性(6.8%)。此外,该压力传感器可以用于检测人体的关节以及喉咙的运动情况。因此,该压阻传感器成本低、灵敏度高、耐久性优良,可以作为穿戴智能设备的理想的三维压阻式压力传感器。     

银纳米线柔性压阻式触觉传感器的研究

触觉传感器是智能机器人感知外界环境和与人交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到更广泛的应用。本文介绍了一种制造工艺简单、成本低廉的柔性触觉传感器。根据电阻的变化,可以检测温度和接触压力。设计了一种由PDMS膜、纸基银纳米线和PDMS膜组成的三明治结构。制备纸基银纳米线阵列,并在阵列末端用导电银膏引出铜线。整个传感器的尺寸为3cmx3cm。在实验过程中,测量了施加压力和改变表面温度时阵列交点处的电阻。结果表明,该传感器的压力检测灵敏度为2.8?/N,温度检测灵敏度为0.18?/oC。该传感器的结构和制备工艺简单可行,在机器人电子皮肤中具有广阔的应用前景。     

基于复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器研究

近年来,柔性电子技术的快速发展使得湿度传感器广泛应用于人体健康监测、电子皮肤和非接触控制等新兴应用领域。不同于传统的刚性湿度传感器,柔性湿度传感器因具有舒适的可穿戴性、成本低和制作工艺简单等特点备受研究者的关注。然而,探索一种理想的传感材料来改善柔性湿度传感器的性能仍然是目前存在的挑战。开发了一种简单、低成本且可扩展的制造方法,构建了基于聚(N-异丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(P(NIPAm-co-AAc)/PDADMAC)复合微凝胶薄膜的柔性电容式湿度传感器。实验证明,该湿度传感器具有较宽的湿度检测范围(20%～90%RH)、高灵敏度(5.06%/%RH)、快速的响应/恢复时间(3.5 s/2.5 s)、良好的重复性以及长期稳定性。其出色的湿度传感性能和高度柔韧性在用于人体健康监测的柔性可穿戴设备中具有很大前景。     

基于 ＧＮＰｓ/ ＰＤＭＳ 复合薄膜的柔性压阻传感器制备及性能研究

目前柔性压力传感器已被用于众多领域,其中压阻薄膜是柔性压力传感器的核心。本文将石墨烯纳米片（GNPs）与聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合,通过倒模的方法制备压阻薄膜,经测试,GNPs浓度为8%时,材料具有较好的性能。以此为基础,制备了压敏结构间距为1.2 mm,直径大小为1.0 mm的GNPs/PDMS基压阻传感器,经测试,所制备的传感器加载响应为340 ms,卸载响应速度为260 ms,并具有较好的稳定性,同时,基于该压阻式柔性压力传感器实现了人体手腕关节处压力信号的测试。     

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。     

小型化电容式压力传感器及变换器

介绍了一种新型结构的电容式压力敏感元件及其信号变换器,给出了敏感元件与变换器联合测试结果,并对变换器的工作原理作了较详尽的分析.非线性误差大是电容式压力传感器的主要误差,通过在变换电路上采用一种方法可以很好地解决这一问题.此方法具有非线性纠正能力强、调试方便的特点.该电路特点是精度高、分辨率高、动态响应快、低功耗.整机表现出很高的时间稳定性.     

金属电容式传感器的静压影响误差

由于市场对差压变送器测量准确度的要求不断提高,导致差压变送器的静压影响误差越来越突出.从金属电容式的结构特点分析出发,并结合一定的试验,得出结论是金属电容式差压传感器由于其本身的结构特点决定,其静压影响误差不可消除或明显减小,只有通过静压补偿或采用硅差压传感器原理,才可实现较小的静压影响误差.     

柔性压力传感器温度漂移补偿结构设计

温度补偿是对微传感器的性能进行优化与稳定的必要技术方案。提出了一种适用于柔性压力传感器的温度漂移补偿方法及结构,选用高热膨胀系数的聚二甲基硅氧烷(PDMS)与硅橡胶(EcoFlex)作为柔性衬底,结合基底表面微结构设计进行温度补偿。由测试结果分析,未补偿前传感器的TCR系数为-0.57%/K,在EcoFlex、PDMS、表面具有微结构的EcoFlex、以及表面具有微结构的PDMS四种基底上TCR系数分别为-0.42%/K,-0.37%/K,-0.24%/K,-0.22%/K,可知温度漂移得到有效补偿。本研究方法为柔性压阻式传感器的温漂性能优化提供了有益的借鉴作用。     

一种单片集成电容式压力传感器的设计、制造和测试

提出了一种新型电容式压力传感器.在外加压力下,该传感器的极板面积、间距以及介质层介电常数均发生改变,并导致电容发生变化.同时介绍了接口电路的设计,该电路基于电容-频率转换原理.该传感器结构简单,实现了与CMOS接口电路集成.传感器采用标准CMOS工艺与后处理工艺相结合的方式制造.结果表明,在800 hPa到1 100 hPa的压力范围,传感器灵敏度约为44 fF/hPa,接口电路的分辨率为3.77 Hz/hPa.     

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.