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气体、压力和温度等微纳传感器件

柔性压力传感器件因在人机交互、电子皮肤、智能可穿戴等领域的广泛应用而越来越受到产、学、研界的关注。然而,当传统的柔性传感器件应用在真实柔性基底场景中,由于器件弯曲引起的沿着法线方向上的垂直应力会产生“伪信号”,因而如何确保最终器件性能的可靠与稳定性依旧是一项相当迫切的需求。此外,实现更宽动态线性量程的同时通常会以牺牲器件灵敏度为代价,反之亦然,如何通过结构的设计以及材料选择解决器件灵敏度与动态线性量程范围之间的平衡问题仍然是一个不小的挑战。


基于柔性压力传感器器件的有限元分析

我们通过传统微纳加工工艺、真空镀膜技术和激光划线工艺制备出顶部为微圆台结构的聚二甲基硅氧烷(PDMS)/掺铝氧化锌(AZO)、间隔层为光刻胶(PS)和底部叉指电极为聚酰亚胺(PI)/金(Au)的柔性压力传感器。所制备的器件拥有高达2200 kPa-1的灵敏度、宽达9.6 kPa的动态线性量程范围,快至低于20 ms的上升和下降响应时间等优异性能。此外,我们设计了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)/碳黑(CB)、图案化的聚酰亚胺(PI)间隔层和激光诱导石墨烯(LIG)叉指电极的高性能,待机功率损耗为零的柔性压力传感器。所制备的柔性压力传感器具有高灵敏度(43 kPa-1),宽线性响应范围(0.4~13.6 kPa),快速响应(<30 ms)、长期循环稳定性(>1800个周期)和在某些弯曲条件下(弯曲角度:0~5°)还具有待机零功率损耗等性能。

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