微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究
纳米纤维MEMS压力传感器的性能研究
纳米纤维MEMS压力传感器的性能研究近年来，纳米技术的发展已经渗透到了各个领域，其中之一便是传感器技术。
纳米纤维MEMS压力传感器作为一种新型传感器，具有其独特的性能和应用潜力。
为了深入了解和改善其性能，对纳米纤维MEMS压力传感器进行性能研究显得尤为重要。
首先，纳米纤维MEMS压力传感器的灵敏度是其性能的重要指标之一。
通过对其灵敏度的研究，可以确定传感器对压力变化的响应程度。
研究发现，纳米纤维的直径和长度对传感器的灵敏度具有显著影响。
较小直径和较长长度的纳米纤维传感器具有更高的灵敏度。
因此，在制备纳米纤维MEMS压力传感器时，应选择适当的纳米纤维尺寸以获得所需的灵敏度。
其次，纳米纤维MEMS压力传感器的稳定性也是其性能研究的重点之一。
传感器在长期使用过程中，其性能是否保持稳定是一个关键问题。
研究发现，纳米纤维的材料和结构对传感器的稳定性有重要影响。
例如，采用具有较高化学稳定性和机械稳定性的纳米纤维材料，可以提高传感器的稳定性。
此外，合理设计纳米纤维的结构，如增加悬臂梁的宽度和厚度，也可以改善传感器的稳定性。
此外，纳米纤维MEMS压力传感器的线性度和重复性也是性能研究的重要内容。
线性度指的是传感器输出信号与输入信号之间的直线关系程度，而重复性则是指传感器在多次测量中输出信号的一致性。
研究发现，纳米纤维的尺寸和材料特性对传感器的线性度和重复性有显著影响。
选择合适的纳米纤维尺寸和材料，如增加纳米纤维的直径和使用具有一致性的纳米纤维材料，可以提高传感器的线性度和重复性。
综上所述，纳米纤维MEMS压力传感器的性能研究对于了解其性能特点、改善传感器性能以及推动其应用具有重要意义。
通过对其灵敏度、稳定性、线性度和重复性等性能的探究，可以为纳米纤维MEMS压力传感器的进一步发展和应用提供理论依据和技术支持。
《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》范文
《基于PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器的研究》篇一一、引言随着科技的不断进步，柔性电子设备在众多领域得到了广泛的应用。
其中，柔性压力传感器作为柔性电子设备的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到设备的整体性能。
近年来，电容式柔性压力传感器因其高灵敏度、快速响应和良好的稳定性受到了广泛关注。
本文将重点研究基于PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜介电层的电容式柔性压力传感器，探讨其制备工艺、性能及潜在应用。
二、PDMS薄膜介电层电容式柔性压力传感器制备工艺1. 材料选择制备电容式柔性压力传感器的主要材料包括柔性基底、电极和介电层。
其中，PDMS薄膜因其优良的绝缘性、柔韧性和化学稳定性，常被用作介电层。
此外，还需选择导电性能良好的电极材料。
2. 制备工艺（1）制备PDMS薄膜：将PDMS原料按一定比例混合，去除气泡后涂布在柔性基底上，经过烘烤、固化等工艺，形成均匀、稳定的PDMS薄膜。
（2）制备电极：在PDMS薄膜上印刷或蒸镀导电材料，形成电极。
电极的形状、大小和分布对传感器的性能有着重要影响。
（3）组装：将两个带有电极的PDMS薄膜相互叠加，形成电容式结构。
通过改变两电极之间的距离和重叠面积，可以调节传感器的灵敏度和响应速度。
三、传感器性能研究1. 灵敏度灵敏度是衡量压力传感器性能的重要指标。
本文通过实验研究了基于PDMS薄膜介电层的电容式柔性压力传感器的灵敏度。
实验结果表明，传感器的灵敏度随着压力的增大而提高，且具有较好的线性关系。
此外，传感器的灵敏度还受到电极材料、电极形状和尺寸等因素的影响。
2. 稳定性传感器的稳定性是衡量其性能的另一个重要指标。
本文通过长时间的压力测试和温度循环测试，研究了传感器的稳定性。
实验结果表明，基于PDMS薄膜介电层的电容式柔性压力传感器具有良好的稳定性，能够在较宽的温度范围内正常工作。
3. 响应速度响应速度是衡量传感器反应速度的重要指标。
本文通过实验研究了传感器的响应速度，发现传感器的响应速度受到电极材料、电极形状和介电层厚度等因素的影响。
电容式柔性压力传感器性能影响因素研究
ｄ ｉｆｅｒｅｎｔ ｐａｃｋａｇ ｉｎｇ ｗａｙｓ
３．２ 电极 材 料对 传 感器 性 能 的影 响 图 ５是 ３种不 同导电材料制备的传感器特 ｌ生曲线。
特 性 曲线 比较 分 散 （图 ４ａ），相 同 压 力 下 多 次 测 量
层，系统 的研 究了传感器不 同封装方法、电极材料 以及介 电层对柔性压力传 感器性 能的影响。研 究结果表 明：采用
ＰＤＭＳ自封装 方法制备 的柔性压力传感器灵敏度及稳定性 均优 于胶黏剂封装方法所得器件 。ＡｇＮＷｓ为 电极材料 的柔性
压力传 感器 灵敏度 明显高于 ＡｇＮＰｓ及 ＳＣＮＴｓ为电极材料 的器件 。通过 电极微观形 貌分析推断 ，相对疏松、无规的电极
２ｐＦ。这 表 明 ＰＤＭＳ自封 装 传 感 器 相 对 于胶 黏 剂 封
可穿戴 电子设备 、智 能家居 、人体体征监 测等 。本文设计并制备 了具有“三明治夹心”结构 的电容式柔性压 力传感器 ，并
对其性 能影响 因素进行 了研究。该传 感器 以聚二 甲基硅氧烷 （ＰＤＭＳ）为柔性衬底 ，分别采用银 纳米线（ＡｇＮＷｓ）、银 纳米颗
粒（ＡｇＮＰｓ）、单壁碳纳米管 （ＳＣＮＴｓ）为 电极材料 ，聚酰亚胺（ＰＩ）、聚对苯 二甲酸乙二醇 酯（ＰＥＴ）和聚 乙烯（ＰＥ）薄膜为介 电
信 息 记 录材 料 ２０１５年 第 １６卷 第 ５期
电容式柔性压 力传 感器性能影 响因素研究
翟庆彬，莫黎昕 ，杨 威，朱冬严，陈鑫灿，耿 璐 ，李路海
（北京 印刷 学院 北京 市印刷 电子工程技 术研 究 中心 ，北京 ，１０２６００）
仿生微结构柔性压阻传感器设计及其性能研究
仿生微结构柔性压阻传感器设计及其性能研究摘要：本文设计了一种基于仿生微结构的柔性压阻传感器。
传感器主要由压阻材料、仿生微结构膜和导电元件组成。
仿生微结构膜模仿了人体皮肤的微观结构，增加了传感器的接触面积和感受能力。
通过实验对传感器性能进行了测试，结果表明，传感器具有高灵敏度、高稳定性和快速响应的特点。
该传感器可以广泛应用于医疗、机器人、智能家居等领域。
关键词：仿生微结构、柔性压阻传感器、灵敏度、稳定性、接触面积、响应速度1.引言柔性压阻传感器具有重量轻、柔软舒适、使用方便等优点，在医疗、机器人、智能家居等领域得到了广泛应用。
传统的柔性压阻传感器由于没有足够的接触面积和感受能力，容易发生损坏和测量误差。
为解决这一问题，本文设计了一种基于仿生微结构的柔性压阻传感器，模仿了人体皮肤的微观结构，增加了传感器的接触面积和感受能力。
2.传感器设计本文设计的仿生微结构柔性压阻传感器主要由压阻材料、仿生微结构膜和导电元件组成。
压阻材料为敏感元件，仿生微结构膜用于增加传感器的接触面积和感受能力，导电元件用于传递信号。
2.1 压阻材料选择本文选用了敏感性能较好的聚合物压阻材料。
该材料弹性好、韧性强、抗压性能稳定。
在压力作用下，该材料的电阻值发生变化，可以实现对压力的测量。
2.2 仿生微结构膜设计仿生微结构膜模仿了人体皮肤的微观结构。
该膜的表面采用了弯曲的纹理结构，增加了传感器的接触面积和感受能力。
传感器的底部采用了圆形结构，使得传感器的反应更加灵敏。
2.3 导电元件选择本文选用了银丝作为导电元件，银丝电性好、导电能力强、抗氧化性强。
银丝用于将压力传递到压阻材料中，同时将压阻材料的电信号输出到外部电路中。
3. 性能测试本文对设计的仿生微结构柔性压阻传感器进行性能测试。
测试结果表明，传感器具有高灵敏度、高稳定性和快速响应的特点。
对于不同的施加压力，传感器可以实现不同程度的电信号输出。
传感器的输出信号与压力之间呈现线性关系，并且具有良好的稳定性和重复性。
微纳制造技术在传感器领域的应用
微纳制造技术在传感器领域的应用随着科技的发展，微纳制造技术成为了一种热门的研究方向。
微纳制造技术是指制造尺寸在微米至纳米级别的电子元器件、机械元器件和生物元器件的技术，其工艺精度和设备精度要求非常高。
其中，微纳制造技术在传感器领域的应用越来越广泛。
一、微纳制造技术在传感器领域的基础研究在传感器领域，微纳制造技术主要用于制造微型传感器和纳米传感器。
微型传感器是指尺寸在毫米至微米级别、用于检测温度、湿度、压力、流量等物理量、化学物质及生物分子的传感器。
纳米传感器是指尺寸在纳米级别、具有高灵敏度、高分辨率、高特异性的传感器。
目前，微纳制造技术在传感器领域的研究主要集中在以下几个方面：1.微米级传感器的制备工艺研究微米级传感器（MSP）是基于微机电系统（MEMS）技术制备的。
MEMS技术是利用微观加工工艺将微机械结构和电子电路集成在一起，形成微型机电系统。
MSP主要通过微制造技术制备出微小机械结构，再将传感器元件、信号采集电路等组装在微小机械结构上。
目前，MSP已广泛应用于温度、湿度、压力、流量等各个行业领域。
2.微纳力传感器的制备和性能研究微纳力传感器是指尺寸在微米至纳米级别的传感器，主要用于测量微小力、摩擦力等微小的物理力学量。
微纳力传感器是一种高灵敏度、高分辨率、高特异性的传感器。
目前，微纳力传感器已广泛应用于生物医学领域、机械领域、环境保护领域等。
3.纳米级传感器的制备和应用研究纳米级传感器是指尺寸在纳米级别、特征尺寸小于100纳米的传感器。
纳米级传感器的制备需要特殊的制备工艺，例如原子层沉积、分子束外延、控制生长等。
纳米传感器具有高灵敏度、高分辨率、高特异性等优点，可以应用于检测生物分子、单分子等。
二、微纳制造技术在传感器领域的应用微纳制造技术在传感器领域的应用已经具有广泛的应用前景。
在工业领域，微纳制造技术可以应用于制造高精度、高灵敏度、高可靠性的传感器，从而提高工业生产的效率和质量。
在医学领域，微纳制造技术可以用于制备小型医疗设备和生物传感器，从而提高医疗检测的精度和速度。
微纳加工技术对MEMS器件性能的影响
微纳加工技术对MEMS器件性能的影响微纳加工技术是一种具有广泛应用的技术，可以制造微小尺寸的器件。
在微电子机械系统（MEMS）领域，微纳加工技术发挥着重要的作用。
通过微纳加工，可以制造出高精度、高灵敏度、高稳定性的MEMS器件，满足不同领域的需求。
本文将深入探讨微纳加工技术对MEMS器件性能的影响。
一、微纳加工技术的发展历程微纳加工技术的发展历程可以追溯到20世纪70年代。
当时，从事微电子研究的学者开始尝试使用化学湿法刻蚀技术进行微型芯片的制造。
在此基础上，出现了光刻、电子束曝光、离子束刻蚀等微纳加工技术，使得微米级尺寸的器件制造成为可能。
近年来，随着纳米技术的快速发展，微纳加工技术也得到了迅速发展，能够制造出更小、更精密、更复杂的器件。
二、微纳加工技术在MEMS器件制造中的应用微纳加工技术在MEMS器件制造中应用广泛，包括传感器、执行器、光电子器件等各种类型的MEMS器件。
下面以传感器为例，介绍微纳加工技术在MEMS器件制造中的应用。
传感器是一种将物理量转换成电信号输出的器件。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、加速度传感器等。
通过微纳加工技术，可以制造出高精度、高灵敏度的传感器，提高传感器的测量精度和响应速度。
例如，压力传感器可以通过微纳加工制造出细小的弹性体构成的微纳结构，当外部施加压力时，微压力传感器的弹性体受压，其阻尼会发生变化，从而产生电信号输出，实现对压力变化的测量。
同时，利用微纳加工技术还可以制造出微小结构的加速度传感器。
加速度传感器是一种测量加速度的器件，其工作原理就是通过弹性体的变形来测量物体的加速度。
微纳加工技术可以制造出弹性体非常小的加速度计，因此具有快速响应、灵敏度高等特点，可以使用于体积小、重量轻的设备和系统中。
三、微纳加工技术对MEMS器件性能的影响微纳加工技术对MEMS器件性能的影响主要表现在以下方面：1. 应力影响在MEMS器件制造过程中，由于材料本身的性质，以及微纳加工技术的限制，器件在制造过程中会受到应力的影响。
基于微纳加工技术的新型传感器研究
基于微纳加工技术的新型传感器研究当前，随着人们对生活品质的追求与需求不断提高，新型传感器的研究和应用也越来越受到人们的关注。
基于微纳加工技术的新型传感器，由于具有体积小、重量轻、灵敏度高、响应速度快等优点，被广泛应用于医疗诊断、环境监测、智能家居等领域。
一、微纳加工技术简介微纳加工技术是一种高精度、高效率的制造技术，主要应用于制造微电子器件和微机械系统。
它可以将半导体材料、各种金属和陶瓷材料等高精度加工成微米或纳米级别的结构，其加工工艺包括光刻、薄膜成型、等离子体刻蚀、离子注入、微流控等多个领域，其中以光刻技术最为常用。
二、基于微纳加工技术的新型传感器种类1.微机械压力传感器微机械压力传感器是一种基于微机械制造工艺制作的压力传感器。
其结构简单、响应迅速、精度高，可以测量液体、气体和蒸汽等介质的压力值。
微机械压力传感器除可用于测试工业领域，还广泛应用于医疗诊断、汽车安全等领域。
2.微型光纤传感器微型光纤传感器是由微型结构的光纤和传感器组成的一种保护性装置。
它通常是用光纤传输信号的方式，来检测温度、油压、流量等多种物理量。
微型光纤传感器主要具有精度、稳定性、实时性高等特点，并且可以直接嵌入设备上，同时也能把数据通过无线传输到远程端。
3.微型电容传感器微型电容传感器由于其机械性能优异和微米级别的尺寸，被广泛应用于压力、转速、加速度、磁场和流量的测量中。
微型电容传感器的制备工艺较为复杂，需要耐高温的材料、MEMS器件和光刻技术等多种技术支持。
三、基于微纳加工技术的新型传感器的未来发展随着微型制造技术的不断发展，基于微纳加工技术的新型传感器将具有更高的性能和更广泛的应用领域。
未来的新型传感器将着重在功能的多样性、自适应性、智能化等方面进行探索。
在医疗诊断、智能家居、安防领域，新型传感器将发挥更为重要的作用，实现物联网和智能控制技术的进一步发展。
总之，基于微纳加工技术的新型传感器是未来传感技术的发展方向。
尽管制备工艺较为复杂，但其具有优异的性能和灵活性，在医疗、环保、智能家居等领域都有广泛的应用前景。
柔性电子传感器的制备及应用研究
柔性电子传感器的制备及应用研究随着科技的不断发展，传感器已经逐渐成为了生产和生活中不可或缺的一部分。
传感器的应用领域也在不断扩大，远远不再局限于日常生活中的温湿度、光线、声音等常规检测。
在这个领域中，柔性电子传感器成为了一个非常有前途和发展潜力的方向。
本文将主要讲述柔性电子传感器的制备和应用研究。
一、柔性电子传感器的定义和特性柔性电子传感器的定义是指：采用微纳技术和材料科学的方法，将传感器的元器件材料制成超薄、可曲折的材料，制成具有力学韧性和柔性的传感器器件。
它与传统的电子元件有所不同，传统的电子元件是由僵硬的硅制成的，不能弯曲，也不能被安置在拐角处。
与之相比，柔性电子传感器可以在数百微米的基础上制成，有很强的柔性和可撤销性，不仅可以用于曲线表面，也可以用于各种布料等柔性材料之中。
由于如此特殊的特征，柔性电子传感器可以制成各种奇怪的形状，比如扭曲、卷曲等等，可以被安置在人体弯曲面处，同时还能保持其稳定性，极大地增强了传感器的可用性。
二、柔性电子传感器的制备技术及方法如何将柔性电子传感器的制备技术及方法应用到实际的生产中呢？1、材料的选择和制备首先是要确定传感器所需要的材料，有些材料选择性比较高，如铜等金属，因为金属对电信号响应性强。
经过一系列的制备工序，比如蒸发、沉积、刻蚀等等，就可以制成所需要的薄膜；如果是纳米材料，就可以采用化学方法，通过在表面上修饰化学官能团，达到所需的感应效果。
2、器件的制备接下来就需要用到其中的器件，比如压力传感器、光学传感器、声学传感器等等。
而其中最常用的是压力传感器，它采用铜箔和聚乙烯薄膜组成的弯曲结构，通过角度的变化来控制其电阻的变化，这样就可以实现对压力信号的精确测量。
而其他的传感器技术也在不断的发展之中，比如利用碳纳米管制作的光学传感器技术，能够比传统的光学传感器技术轻便、灵敏且更加稳定等等。
3、制备过程的优化最后一步骤就是制备过程的优化，要根据实际的生产状况，调整所需的参数，比如温度、时间等等，以优化出更加精准、高效的制备工艺，同时也保证了生产过程中的稳定性与可控性。
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微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究全勇;魏雄邦;肖伦;吴涛;庞韩英;吴双红;陈志;蒋亚东【摘要】The sandwich structure flexible capacitive pressure sensor was designed.The sensor adopted polydimethylsiloxane(PDMS)as flexible substrate,silver nanowires as the electrode material,and PDMS as dielectric layer,in addition,the substrate was made by two kinds of structures,the obscured glass substrate with micro-nano structured surface and the smooth glass substrate without micro-nano structured surface,as effective moulds for construction of flexible PDMS thin films.We laminated the two AgNWs/PDMS films together,face-to-face,with another PDMS as dielectric layer,to obtain the capacitive strain sensor,and then study the influence of micro-nano structure on the sensor sensitivity.And the sensitivity of micro-structured AgNWs/PDMS composite sensor was about 1.0 kPa-1,while the sensitivity of flat structured sensor was about 0.6 kPa-1.Research has shown that micro-nano structured electrode can effectively improve the sensitivity of the device.%设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2017(030)003【总页数】4页(P337-340)【关键词】柔性压力传感器;微纳结构;聚二甲基硅氧烷(PDMS);银纳米线【作者】全勇;魏雄邦;肖伦;吴涛;庞韩英;吴双红;陈志;蒋亚东【作者单位】电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054;电子科技大学光电信息学院,成都 610054【正文语种】中文【中图分类】TP212柔性压力传感器因其具有柔性特性,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[1],其具有拉伸性以及外力的的感知特性,在人机交互系统和探测传感器系统[2]、智能家居、手持式消费电子产品[3]、医疗健康检测设备[4-6]、环境监测[7]等领域有着潜在的应用价值从而受到了越来越多的关注。
根据不同的工作原理现在较为流行的压力传感器可分为电阻式、电容式和压电式。
其中电容式传感器具有灵敏度高、迟滞小、动态响应好、温度稳定性好的优点而备受关注。
柔性电容式的压力传感器是通过施加压力后电容值的变化来探测压力值大小,并对探测微小压力有着很高的灵敏度。
其具有柔性化、可拉伸、生物相容性好、结构简单、工作可靠、分辨力高、动态响应快等优点。
柔性压力传感器因为其众多的优点,得到了国内外科研人员的广泛关注。
美国斯坦福大学鲍哲南教授团队[8]将液态的聚二甲基硅氧烷(PDMS)倾注于倒金字塔形状的硅片模板中,固化并从模板中剥离得到带有微结构的PDMS作为介电层。
由于PDMS具有非常好的弹性并且形变恢复快,故制备出的电容式压力传感器有较高的灵敏度,高达0.55 kPa-1,对微小的外力有非常好的响应。
中国科学院苏州纳米所张珽团队[4]报道了一种高灵敏度、低检出限的柔性电子皮肤,首先是用PDMS复制丝绸的微结构,然后将碳纳米管薄膜转移到PDMS的微结构表面上,最后制备出了两个对电极面对面组合在一起的柔性压力传感器,其灵敏度高达1.8 kPa-1。
但是目前对柔性压力传感器的微结构的制备大多都采用了光刻等复杂的制备工艺,这将造成成本的大大提高[8-9]。
因此,追求柔性压力传感器的低成本、快速、大面积的制备必然是一种发展的趋势[10]。
本文设计制备了一种三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行了研究。
该传感器以银纳米线为电极材料,以PDMS为柔性衬底,并采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出具有微纳结构和平面结构的PDMS薄膜。
然后分别采用喷涂法制备银纳米线/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响。
1.1 银纳米线导电材料的合成作为电极材料的银纳米线,是采用多元醇的方法制备的[12]。
首先分别配制0.1 M的硝酸银(AgNO3)乙二醇溶液、0.3 M的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(分子量为30 000)乙二醇溶液、2 mmol/L的氯化钠(NaCl)的乙二醇溶液。
然后将上述混合液放入反应釜的聚四氟乙烯内衬中,在160 ℃烘箱中,反应2 h,得到纳米线混合液,再向得到的银纳米线混合液中加入3倍～5倍的丙酮,经过5 000 rad/min离心处理20 min,重复3次～5次,倒去上层清液,接着加入去离子水进行离心处理,以除去分散液中的PVP等杂质。
最后将得到的沉淀取出后加入50 mL的丙酮,并超声振荡得到稳定的AgNWs分散液,其浓度为5 mg/mL。
1.2 传感器的制备采用(3 cm×3 cm)毛面玻璃和光面玻璃作为两种模具,分别将玻璃基底依次经过丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗后,以待用。
将PDMS主剂和硬化剂按质量比10∶1的比例混合,在真空中静置除去气泡,得到PDMS旋涂液;然后将混合液旋涂于上述两种玻璃基底上,在70 ℃的温度下进行固化成型。
将固化成型后的PDMS 薄膜剥离下,进行等离子体氧处理使其表面亲水,分别得到具有微纳结构和平面结构的PDMS底层柔性衬底。
将上述实验得到的银纳米线分散液加入喷笔中[13],并将柔性衬底放在加热台上,调节加热台的温度为100 ℃,喷涂银纳米线,即可在底层柔性衬底上得到银纳米线导电薄膜,然后在120 ℃温度下退火2 h,得到致密的、高导电性的银纳米线薄膜。
制备两个同样大小的光滑的PDMS薄膜作为两种传感器的介电层,然后将两个AgNWs/PDMS复合薄膜电极按照“三明治”结构面对面封装,并在传感器的两端粘贴电极引线,即得到电容式柔性压力传感器。
1.3 分析与测试银纳米线的表征采用的是岛津紫外可见分光光度计(UV-1700),测试其紫外可见光谱。
通过对溶液吸收峰的观察,可分析出银纳米线分散液的主要成分。
并采用JSM-5900LV扫描电子显微镜对样品的表面进行观测和表征,和艾德堡HP-5数字推拉力计对传感器施加压力,以及天宇DT-6013数字电容表测试传感器的电容值。
2.1 薄膜的表征图1(a)为银纳米线溶液的紫外可见光谱。
由图中可以看出有两个吸收峰,分别为350 nm和378 nm,它们符合银纳米线的特征吸收峰,证明了银纳米线较好的分散在溶液中。
由图1(b),可以看出采用多元醇法合成的银纳米线的形貌比较均一,无杂质存在,并且有较高的长径比,其直径约为102 nm,长度约为10 μm～30 μm。
图1(c)、图1(d)分别给出了PDMS薄膜的平面结构和微纳结构,从图1(c)中可以看出由光面玻璃为模板制备的PDMS薄膜表面比较平整,而图1(d)中由毛面玻璃为模板制备的PDMS薄膜表面有许多凸起的微结构,其中凸起的高度约为4.5 μm。
研究这两种结构的PDMS对传感器性能的影响具有重要意义。
2.2 传感器性能的对比为了更好地研究微纳结构对传感器性能的影响,分别对具有平面结构和微纳结构的两种传感器进行测试[11]。
图2(a)为平面结构的柔性压力传感器对333 Pa压力的连续响应曲线,图2(b)为微纳结构的柔性压力传感器对333 Pa压力的连续响应曲线。
由图中可以看出这两种结构的传感器都具有良好的稳定重复性,但微纳结构的传感器明显比平面结构的传感器响应度高。
传感器的压强和响应度之间的关系如图2(c)所示,平面结构的传感器与微纳结构的传感器的灵敏度有明显的差异。
通常灵敏度定义为单位压强上传感器的响应度变化量,其公式如下:C=ε0εr(A/d)式中:C1为传感器的响应后电容值,C0为初始未加压强的电容值,P为所加压强值。
ε0为真空介电常数,εr为相对介电常数,d为极板间距,A为两极板间的有效面积。
由式(1)可知,传感器的灵敏度为图2(c)中曲线的斜率。
由图2(c)可知,具有微结构的柔性压力传感器灵敏度的曲线斜率比平面结构的传感器大。
当压强小于500 Pa时,微结构的传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,平面结构的传感器的灵敏度为0.6 kPa-1;当压强大于500 Pa时,微结构的传感器的灵敏度为0.08 kPa-1,平面结构的传感器的灵敏度为0.045 kPa-1。
针对不同的压力范围,其灵敏度的这种大的差异主要是由于微结构的存在而产生的。
由此可知,传感器的电极复合薄膜的微结构有利于提高其灵敏度。