基于石墨烯/PDMS介质层的柔性压力传感器

提出了一种以石墨烯/PDMS为介质层的柔性压力传感器,主要介绍了石墨烯/PDMS介质层和柔性压力传感器的制备方法,研究了石墨烯浓度和石墨烯/PDMS介质层厚度对传感器灵敏度的影响。利用压力机和阻抗分析仪对柔性压力传感器进行了测试,结果表明柔性压力传感器有大的工作范围(0～20 kPa)和高的灵敏度(在0～3 kPa的灵敏度为0.3 kPa~(-1),3～8 kPa的灵敏度为0.06 kPa~(-1),8～20 k Pa的灵敏度为0.017 kPa~(-1));同时传感器的可恢复性和重复性能良好,可灵敏地检测手指的弯曲,在机器人皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

介电层造孔优化ITO-PET/PDMS/ITO-PET结构的电容式柔性压力传感性能

灵敏度是柔性压力传感器的重要性能指标,为了有效提高传感器的灵敏度,同时兼顾其他各性能,选用聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为复合介电层材料、氧化铟锡-聚对苯二甲酸乙二醇脂(ITO-PET)作为电极材料、二亚硝基五亚甲基四胺(DPT)作为造孔试剂,通过介电层造孔的方式,尝试配置不同质量分数DPT的DPT-PDMS试剂来寻找最佳配比,使制备的ITO-PET/PDMS/ITO-PET结构的电容式柔性压力传感器的灵敏度显著提高,在低压范围灵敏度达到了1.65 kPa^-1,相较于没有造孔的PDMS电容式柔性压力传感器的灵敏度(0.36 kPa^-1)提高了3.58倍,最终取得了灵敏度高、工作压力范围(0～8 kPa)宽、阻滞误差小、循环稳定性高、工作温度范围(0～80℃)广、响应时间(<65 ms)短的电容式压力传感特性。由此可见,对介电层造孔能够有效提高传感器的灵敏度,并且传感器的其他性能均表现良好。     

石墨烯/PDMS仿生银杏叶微结构柔性压阻式压力传感器

柔性压阻式压力传感器是可穿戴健康监测系统和人机交互设备的重要组成部分。在实际应用中,对具有高灵敏度和宽线性范围的压阻式压力传感器的需求迫切。以石墨烯油墨为功能层、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性材料,设计并制备了具有仿生银杏叶微结构的柔性压力传感器。利用扫描电子显微镜(SEM)表征了传感器的表面形貌。结果表明,仿生银杏叶表面的微结构包括平行叶脉和各种形状不一的凸起。该传感器具有1.56 kPa~(-1)的高灵敏度和22.6 Pa～20 kPa的宽线性范围,当施加不同的载荷时有明显的台阶现象,并且可以在10 000次的循环压力测试下保持稳定良好的性能。传感器的响应时间缩短至80 ms左右。此外,该压阻式压力传感器可用于检测人体关节的运动,表明其在健康监测和电子皮肤中应用潜力巨大。     

基于空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器

提出了一种使用空心微柱介电层的柔性电容式压力传感器,通过倒模的方法制备PDMS和BaTiO₃复合材料的空心微柱介电层,通过在PET薄膜上丝网印刷导电银浆制作为阵列式电极。实验表明,该传感器在压力范围为0～5 kPa, 5～50 kPa和50～200 kPa时的灵敏度分别为0.498,0.026和0.008 kPa^-1,最小检测压力可达35 Pa,在1000次重复压力实验中表现稳定,且具有快速的响应速度(约134 ms)。该传感器制备方法简单高效,制作成本低且便于大规模制备,同时该传感器在准确性、稳定性、灵活性等方面都有优秀的表现,可被应用于可穿戴电子设备和智能机器人等领域。     

基于压力分布测试的电容式压力传感器北大核心

针对0-0.3 N压力的大小与分布测试,设计了一款电容式压力传感器。通过ANSYS仿真与Matlab数据分析,确定传感器单个敏感单元半径为80μm,腔高0.5μm,膜厚2.5μm。阵元内敏感单元呈行列排布。设计工艺加工流程与版图,并进行干法刻蚀、减薄和键合等关键工艺加工。使用阻抗分析仪和压力计搭建测试平台,结果显示加工得到的压力传感器初始电容平均值为38.03 pF,阵列内电容一致性良好,灵敏度为9.5 pF/N,线性度良好,连接配套数据处理电路可实现压力分布测试。初步满足在小量程压力条件下测试要求,验证了该传感器结构的可靠性,为制备小量程压力传感器奠定基础。     

基于半圆柱增敏结构的柔性光纤压力传感器设计

为了进一步增强光纤压力传感器的灵敏度,提出了一种基于半圆柱结构设计的柔性光纤压力传感器。此结构使用聚二甲硅氧烷（PDMS）作为该传感器柔性基底,传感器外部受力时,首先PDMS发生形变,从使得光纤发生形变,最终光纤发生轴向拉伸。利用光频域反射计（OFDR）测量光纤的轴向应变,对所提出的增敏结构传感器和改进前的传感器进行Abaqus有限元仿真分析和实验验证。结果表明,该半圆柱增敏结构可以有效提高传感器的灵敏度。在0~100kPa的测压范围内,灵敏度从未改进前的1.09 /kPa提高到1.69/kPa。     

基于PDMS-石墨烯泡沫的柔性压力传感器

为了解决柔性压力传感器在大的工作范围内工作时难以兼顾灵敏度的问题,设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)锥形微结构且夹层为石墨烯泡沫的柔性压力传感器.介绍了该传感器的制备方法,对比了有无锥形微结构的PDMS基底对传感器灵敏度的影响,分别对它们进行了相关测试.结果表明,具有锥形微结构基底的传感器具有更高的灵敏度,基于锥...     

基于SOI的MEMS高温压阻式压力传感器

基于高温环境下压力实时监测的广泛需求,设计并制备了一种最大量程为1.5 MPa的绝缘体上硅(SOI)压阻式压力传感器.根据压阻效应原理和薄板变形理论,完成了传感器力学结构和电学性能的设计,采用微电子机械系统(MEMS)加工工艺完成了敏感芯片的制备,并使用了一种可耐300℃高温的封装技术.实验中采用了常温压力测试平台和压...     

基于PDMS的柔性可穿戴微带天线北大核心

提出了一种新型柔性微带天线,具有结构简单、质量轻、易共形和可穿戴的功能,且易于与衣物集成。该天线是以柔性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）为介质基底,以金属镍为辐射贴片,将镍覆于介质基底两侧,设计了E形辐射贴片和矩形金属地,并基于微机电系统（MEMS）加工工艺进行加工制造,经测试取得了良好的效果。仿真结果表明,该天线的谐振频率为13.5 GHz,带宽为2.0 GHz。在平放和弯曲的状态下分别进行了测试,测得的谐振频率为12.8 GHz,带宽为1.2 GHz,谐振频率的测试结果变化范围较小,测试结果良好,说明该柔性天线可实现弯曲的性能且谐振频率和带宽比较稳定。该天线的仿真和测试结果都体现出良好的阻抗匹配性和稳定的辐射方向性,为天线与电子设备的集成化提供了参考。     

真空微电子压力传感器阵列数据采集研究

阐述了真空微电子压力传感器阵列的工作原理和工作波形.设计了一种供真空微电子压力传感器阵列器件使用的12位A/D数据采集系统.系统采用微机为主控单元,地址发生和时序控制部分采用可编程逻辑器件(CPLD)实现,提高了设计的灵活性,简化了电路板设计.利用该采集系统对压力传感器阵列进行了数据采集,最后给出了实验结果.     

MEMS硅膜电容式气象压力传感器的研制

基于MEMS的电容式压力传感器以其低成本高性能在气象测量中有着广阔的应用前景。利用ANSYS软件模拟接触式电容压力传感器的工作状态，得到硅膜的形变和应力分布状况。制作流程采用简单标准的工艺：利用KOH各向异性腐蚀进行硅片大面积、大深度腐蚀减薄，分析了其浓度配比对硅面平整度特性的影响，采用阳极键合形成真空腔，试验反应离子深刻蚀形成硅膜的效果。芯片测试结果表明方案可行。     

MEMS硅膜电容式气象压力传感器的研制

基于MEMS的电容式压力传感器以其低成本高性能在气象测量中有着广阔的应用前景。利用ANSYS软件模拟接触式电容压力传感器的工作状态,得到硅膜的形变和应力分布状况。制作流程采用简单标准的工艺:利用KOH各向异性腐蚀进行硅片大面积、大深度腐蚀减薄,分析了其浓度配比对硅面平整度特性的影响,采用阳极键合形成真空腔,试验反应离子深刻蚀形成硅膜的效果。芯片测试结果表明方案可行。     

Flexible Battery-Free Wireless Sensor Array Based on Functional Gradient-Structured Wood for Pressure and Temperature Monitoring

Approximately 4.5% to 7.0% of hospitalized patients suffer from pressure ulcers. Mitigating risks for pressure ulcers through sensors remains a challenge and a high requirement. A simple, low-cost, battery-free, multi-parameter passive wireless flexible sensor (MPWFS) for all-around pressure and temperature monitoring to prevent pressure ulcers is developed. The pressure sensing unit is fabricated with functional gradient-structured balsa wood and has high sensitivity of 0.34 kPa⁻¹ with a wide detection range of 0–20 kPa. The temperature sensing unit, which is 0.4 mm × 0.2 mm, is embedded in the surface of the pressure sensing unit, enabling temperature monitoring with a resolution of 0.1 °C. The flexible Radio Frequency energy-harvesting unit, data acquisition, and processing, as well as Bluetooth-Low-Energy wireless transmission, are integrated within a 20 mm × 20 mm unit. It acquires continuous temperature and pressure data without a battery at any position more than 1 m away from the power transmitter. Moreover, the combination of the sensor array design with a mobile terminal provides the MPWFS's various benefits, including tracking changes in the supine posture, warning about pressure ulcers, and monitoring falls out of bed. This study presents a new method for long-term bedridden patient care.     

低迟滞MEMS电容式气压传感器设计

针对传感器的机械迟滞问题,提出一种减小迟滞偏移的方法,设计了低迟滞误差的电容式气压传感器。使用ANSYS和FLUENT软件模拟电容式传感器的工作性能,分析传感器的温漂特性、电容灵敏度及加热功率与通孔大小的匹配问题。分析结果表明传感器的电容温漂为0.029 fF/K,电容灵敏度为30 fF/hPa;加热空腔气体可以驱动空腔内气压增加20 hPa,超过传感器的迟滞误差范围,为低迟滞误差传感器的设计和结构优化提供了依据。     

一种新型电容式压力传感器

提出了一种新的电容式压力传感器.传感器结构为由Al/SiO2/n-type Si等三层方形膜构成的固态电容.传感器采用pn结自停止腐蚀和粘结剂键合的方式制造,制造过程仅需三块掩模板.对不同边长传感器进行测试,在410～1010hPa的动态范围,边长为1000,1200和1400靘的压力传感器,相应灵敏度分别为1.8,2.3和3.6fF/hPa.边长为1500靘的传感器,其灵敏度为4.6fF/hPa,全程非线性度为6.4%,最大滞回误差为3.6%.分析结果表明介电常数变化是引起电容变化的主要原因.     

一种新型电容式压力传感器

提出了一种新的电容式压力传感器.传感器结构为由Al/SiO2/n-type Si等三层方形膜构成的固态电容.传感器采用pn结自停止腐蚀和粘结剂键合的方式制造,制造过程仅需三块掩模板.对不同边长传感器进行测试,在410～1010hPa的动态范围,边长为1000,1200和1400靘的压力传感器,相应灵敏度分别为1.8,2.3和3.6fF/hPa.边长为1500靘的传感器,其灵敏度为4.6fF/hPa,全程非线性度为6.4%,最大滞回误差为3.6%.分析结果表明介电常数变化是引起电容变化的主要原因.     

MEMS电容式压力传感器检测电路比较研究

介绍了MEMS电容式压力传感器检测电路的5种实现方式:脉宽调制法、运算放大器法、电荷注入法、调频法和AC运放法。并从稳定性、测量灵敏度及抗杂散性等方面介绍了不同方式下检测电路的优缺点,为MEMS电容式压力传感器提供了参考。     

Study on Manganin High Pressure Array Sensor

A new kind of thin film manganin aray gauge is fabricated by adopting a new sensorfabrication technique.The sensitive materials (manganin thin films) are first deposited by magnetronsputtering on fused silica substrates,and then covered by a layer of SiO_2 thin films by electron beamevaporation.Based on impedance match method of "back configuration",the highest pressure measuredin Al target is 51.68 Gpa,the highest pressure in SiO_2 package is 35.396 Gpa and the piezoresistancecoefficient k is 0.026 Gpa~(-1).The upper limit and measure precision of sensor is improved.     

基于MEMS技术的柔性Ni基热敏传感器阵列研制

利用Ni材料的高电阻温度系数特性,结合MEMS微加工技术,研究开发了全柔性的Ni基热敏传感器及其阵列.对传感器阵列的材料选择、Ni薄膜电阻的特点以及制备工艺进行了研究.通过油浴升温和电流阶跃响应方法实现了对传感器重要静态、动态参数的测量.实验结果表明,该热敏电阻传感器在5～80 ℃范围内具有电阻温度系数高、热响应速度快的特点.该柔性传感器阵列可方便贴附于曲型表面,为温度、速度、剪应力等快速分布式低侵入测量提供了新型支持手段.