柔性电容式应力传感器及其灵敏度影响因素研究.pdf

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摘 要
柔性应力传感器因其具有柔弹性特性，既能贴附于不规则或者刚性物体表
面、也能贴附于人体皮肤，在机器人、手持式消费电子产品、显示器、医疗健康
监测设备等领域有着潜在的应用。如何提高传感器灵敏度受到越来越多的关注，
但采用大面积、简单、低成本的方式制作出高灵敏度的弹性传感器仍是一大挑战。
本论文以银纳米线（AgNWs）为导电材料，聚二甲基硅氧烷（PDMS）为弹性衬底，
用简单、低成本、低能耗的方法制备了弹性电极，设计制作了基于微结构电极的
压力传感器和拉力传感器，从材料和结构上提出了优化传感器力敏特性的条件。
本论文主要的研究内容及创新点如下：
制备了银纳米线导电材料，通过优化反应温度、搅拌速度、前躯体与保护剂
的摩尔比来制备纯净、高长径比的银纳米线。合成的银纳米线直径约为 80nm，
长度在 3-30μm。
采用相纸原位固化方式制备了弹性电极，通过选用不同的模板构建了不同微
结构的电极，采用了胶黏剂封装和 PDMS 封装两种封装方式制作了柔性电容式压
力传感器。研究了不同封装方式、不同微结构电极、不同介电层、不同导电材料
和不同支撑层对传感灵敏度的影响。优化的柔性压力传感器灵敏度达到了
-1，最小检测极限为 52mg()。
通过抽滤转移方式使银纳米线镶嵌在 PDMS 中制备得到可拉伸导体，研究了
不同银纳米线厚度对可拉伸导体导电稳定性的影响，优化的可拉伸导体在拉伸至
50%重复 50 次仍能保持稳定的导电性。将可拉伸导体制作成的平板电容式拉力传
感器，其灵敏度方程为 y=，最小检测极限为 %。
本文采用简单、低成本、低能耗制备的能检测微小压力的传感器，在将来可
应用在电子皮肤作为脉搏、心率、喉咙发声等小压力的检测设备，让柔弹性健康
监测设备离我们的生活越来越近。
关键词：银纳米线；柔性应力传感器；电子皮肤；微结构；灵敏度



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ABSTRACT
Flexible strain sensor are emerging as important applications for future
soft robotics, portable consumer electronics, touch-on flexible display and
health diagnosis because their excellent flexibility allows them working with
irregular or rigid objects. The sensitivity of sensor have received growing
attentions, however, it is still quite challenging to achieve high sensitive and
large area sensor with simple, low cost and low energy processes. In this work,
the large area stretchable conductors were made by embedding retiform silver
nanowires(AgNWs) films in poly(dimethylsiloxane)(PDMS) with low cost and
low energy processes. Besides, flexible capacitive pressure sensors and
stretchable tension sensors based on flexible conductor were made. In order
to improve