隨著電子設備向智能可穿戴方向的發(fā)展,柔性電子器件引起了人們的廣泛關注。其中,柔性壓力傳感器因其在智能醫(yī)療、健康監(jiān)控、人機交互、智能機器人等領域具有廣闊的應用前景而成為了近年來的研究熱點。已有國內外研究學者基于不同的傳感材料和傳感原理通過合理的結構設計成功研制了許多性能優(yōu)越的柔性壓力傳感器。然而,壓電式傳感器仍具有感知靜態(tài)力和變形的缺點,壓阻式傳感器仍具有響應時間長的不足。本文對壓電式傳感器及壓阻式傳感器的傳感機理和特點做了詳細的理論分析和實驗研究。最后通過合理的材料選擇和結構設計制備了一種新型的、柔性的、能同時實現(xiàn)動/靜態(tài)力學信息檢測的雙模式壓力傳感器,主要研究內容包括以下四個方面:（1）本文首先結合了壓電薄膜壓電方程和電學測試理論,建立了平面壓電薄膜傳感器輸出電壓與壓力之間的關系。討論了電壓表內阻、壓力大小及頻率對壓電式傳感器測試電壓的影響,從而建立了利用壓電式傳感器進行力學信號及力學加載速率測量的理論依據(jù)。然后將上述理論推廣到具有金子塔微結構的壓電薄膜傳感器中,分析了金字塔微結構尺寸對傳感性能的影響,并與有限元仿真結果進行對比,結果表明微結構的引入可有效提高壓電式傳感器的精度。（2... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學浙江省

【文章頁數(shù)】：116 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

壓電傳感原理

導致兩個電極之間形成電勢差。為了屏蔽壓電薄膜中的壓電電位，外部自由電荷轉移并集聚在電極上，在此過程中可以檢測到正電壓信號。當壓力釋放時，薄膜上、下表面之間的壓電電位消失。累積電荷將反向流回，產(chǎn)生一個負電壓信號[33, 48, 49]。壓電式傳感器通過壓電電壓的不同判斷外部刺激的強弱，并將壓電電壓輸入到電子電路中以作進一步的處理分析。1.3.2 無機/有機壓電材料壓電式傳感器的研究許多無機壓電材料已被用于壓電式傳感器的制備之中，如 ZnO[51-54]，鉛鈦酸鋯（PZT）[55]，BaTiO3[56, 57]等。這些無機壓電材料具有高壓電系數(shù)（d33），但它們固有的剛性限制了其在柔性壓力傳感器中的應用。許多學者通過科學的結構設計，利用這些無機壓電材料制備了具有良好傳感性能的柔性壓力傳感器。例如 Lee[58]課題組通過溶膠-凝膠法制備了 PZT 薄膜（4.8 μm），并將 PZT 轉移到超薄 PET 基材上，制備了一種超薄的基于 PZT 薄膜的柔性壓力傳感器。壓電式傳感器的靈敏度為0.018 kPa-1，響應時間為 60 ms，機械穩(wěn)定性良好（圖 1-2（a））。此外，Wang[59]課題組制備了柱狀 ZnO 和 PDMS 柔性復合薄膜柔性壓電器件，在不同的壓力作用下，傳感器輸出不同大小的壓電信號，從而使 LED 燈顯示出不同的亮度（圖 1-2（b））。

圖 1-3 BTO/PVDF 復合薄膜柔性壓電式傳感器[50]Figure 1-3. BTO/PVDF composite film flexible piezoelectric sensor[50]解決這些問題，有些學者提出將無機壓電材料填充在 PVDF 基物同時具有高壓電性能和良好的柔韌性。如圖1-3所示Zhang等分散在 PVDF 基底中，制備了 BaTiO3NPs /PVDF 復合膜，大大器的壓電性能。使壓電器件的壓電電壓從 15 V 提高到 35 V[50]電材料的材料屬性可以在一定程度上改善柔性壓電式傳感器的式傳感器中的微納結構設計，通過合理的結構設計也是提高傳感器傳感性能的重要方法。許引入到壓電式傳感器的制備過程中。近年來在科研學者在壓電許多微/納結構，例如半球結構、納米線、溝壑結構等。研究表入能大大提高柔性壓電式傳感器的傳感性能。


本文編號：2944902