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目前,高性能电子材料、智能家庭和物联网(IoT)技术正飞速发展。传感技术,尤其是柔性压力传感器,已经成为人们生活中不可缺少的组成部分。这种压力感应器其传感方式可以分为压电、电兼容、压阻。
为了达到最好的实际匹配,在许多方面,确定这些传感器的效率是非常重要的。研究发现,某些导电性高聚物存在压阻效应,但压阻性对聚合物绝缘材料的影响难以达到。然而,最近的研究表明,导电填料能使绝缘聚合物导电。所以,导电衬底材料的选择一直是专业检测的重点,尤其是导电填料。
压阻式柔性压力传感器。
压阻感应器施加外力使化合物变形。在一定程度上改变了复合材料中导电填料的接触位置和分布,从而使其电阻经常发生变化。所以,他们不涉及复杂的传感器结构。不像压电或电容式压力传感器,各种压力测试、低耗能以及容易制造的过程都有助于这些传感器的广泛分析。适用于身体锻炼,密封检验和医疗检验。目前,市场上有一些商用产品,比如智能文胸,它可以通过改变电阻追踪心脏跳动的速度,防止部分疾病的发生。
电容型软性压力传感器。
该传感器具有响应速度快、动态范围大、灵敏度高等特点,并以平行板电容器为基础。在施加外力的情况下,通过改变电容器极板间的距离调整传感器电容。用C=εA/d找出电容,d是电极间的间距,A是有效板面积,而ε是介电常数。通过改变外压,可以改变d,改变弹性材料的位移,从而响应向前的力,通过改变A来调节剪切力,同时改变这两个参数,从而调节张力。对介质层而言,由于高弹性体的杨氏模量,例如PDMS等介质弹性体,其小杨氏模量为5kPa,使传感器难以达到高灵敏度。
压电式弹性压力传感器。
因为材料制作简单,电讯号码容易获取,价格低廉,所以研究者们越来越重视紧凑的压电压力传感器。他们主要是由压电感化合物组成,可以把机械能转化成电能。它的导流过程是:若化合物因外界压力而变形,则可能在工作化合物或物质中产生正、负电偏聚。负电与正电荷在材料相对的两面呈相反的方向,在材料内会形成电势差。检验这些潜在的差异,以检验外部因素的影响。
电子皮弹性压力传感器。
由于它出色的机械和电子输出功率,近年来,在压力感测仪方面的研究有了很大进展,显示了实际应用的前景。这也促进了许多其它传感技术的发展,其中包括可穿戴压力传感器和电子皮肤触觉传感器,它们涉及医疗诊断、人工智能(AI)和身体健康监测。
电子皮柔性触觉传感器广泛应用于人类皮肤战术医师的感测和热感测量。电子皮可用作织物,可用于机器人或人体外,因其柔软、轻巧等特点,可模拟人皮肤的感觉功能而成不同的图形。之后,能够识别生理状态,能够增强机器人的智能。20世纪70年代,电子皮肤触觉传感器的研究首次启动。早些时候,触觉传感器技术已经成熟,侧重于实现可扩展性、灵活性、多功能和轻巧。很多触觉传感器都是硅微传感器,采用MEMS制造技术。但在那个时候,扩展性和灵活性标准不能满足,这就激励了研究者们寻求新材料。有价值的新材料包括开发了一系列“夹心”压力传感器,使得电子皮肤触觉传感器有更高的扩展性、稳定性和灵活性,并且有很大的准确度。它为AI机器人和超软弹性电子皮肤的生产打下了坚实的基础。
提高环境敏捷性和构建采用多种传感器的新型人机部署模式是当今科技发展的重点。和电子皮肤有关的许多问题仍然有待解决。第一,设计最好的仿生皮肤感应器,要保持高拉伸率,就必须具有很高的弹性和柔韧性,这就要求高层次的制作技术、材料和结构设计。所以,生产触觉传感器的昂贵价格限制了电子皮肤传感器的大规模生产。
第二,传感阵列相邻传感器模块间的信号串扰问题的解决尤为重要。针对不同种类、不同结构的轻质多维触觉传感器进行了防撞性设计。其轻巧的触觉感应器特性,与人体皮肤的细微感觉也大相径庭。此外,目前很多触控传感器的作用都是惟一的,主要是侧重于测压,只有很少一部分触控元件具备测量温度、压力、粗糙度、湿度等功能。所以,研制一种新型多功能电子皮肤触感传感器,必须实现人体皮肤高效化。






