2022/06/13

柔性压力传感器原理

柔性压力传感器作为信息检测和传输的装置，可以将被测信息按照一定的规则和方法转换成电信号或其他形式的信号输出，从而实现信息的采集、传输、处理、分析和显示。压力传感器将外界压力信号转换成其他易于检测的物理信号（如电阻、电压、电容等）来测试压力值或压力变化。压力传感器在触觉感知、指纹识别、医疗监控、人机界面、物联网等领域具有广阔的应用前景。传统的压力传感器以金属、半导体、压电晶体等为主，这些材料大多为刚性材料。虽然利用这些材料制备压力传感器的技术已经非常成熟，可以在大范围内准确测量压力值，但随着科技的发展和人类需求的提高，其缺点也越来越明显，如设备体积大、较重、不能承受大变形等。这些缺点阻碍了它们在灵活的人机交互、便携式检测、智能机器人等场景中的应用。

柔韧性和刚性是相对的概念。一般来说，柔性压力传感器材料具有可弯曲、可变形的特点。其中，一些柔软有弹性的材料还具有弹性模量低、拉伸性好、顺应性好的特点。在柔性压力传感器的主要性能指标中，除了柔性外，研究人员普遍关注柔性压力传感器的灵敏度、响应速度、检测限和性能稳定性。然而，随着对柔性压力传感器的深入研究，压力响应范围、拉伸性、压力分辨率和空间分辨率也成为近年来评价性能的重要参数。目前，关于柔性压力传感器的原理、种类、制备材料、性能和应用领域等方面已有很多综述，非常详细和系统。然而，在性能方面，大多数研究和评论论文主要集中在灵敏度、线性和压力响应范围、压力分辨率和空间分辨率上，较少提及。本文将对这些新的绩效指标的研究一一进行介绍。

柔性压力传感器在许多领域都有广泛的应用。例如，可用于可穿戴电子设备中，监测人体脉搏、心跳等生理信号。同时，它也是机器人触觉感知能力的重要组成部分。将柔性压力传感器连接到假肢表面有望恢复肢体残疾的触觉。传感器还可以与服装结合，不仅可以实时监测人体的健康和运动信号，还可以简化使用过程。本文将阐述传感原理、传感性能和器件应用，介绍器件的传感性能及其与材料和结构的相关性。

柔性压力传感器需要不同的材料，具体取决于传感机制。例如，电容式压力传感器需要一种材料作为介电层，其介电常数大，可以降低漏电流；压电压力传感器需要具有压电效应的材料，在压力的作用下产生内部电压；电阻式压力传感器需要材料的电阻会随压力而变化；摩擦电压力传感器需要两种具有不同摩擦电序列的材料来传输电荷。这些材料通常被称为传感器的功能材料。常见的功能材料一般包括碳纳米管、石墨烯、纳米线、有机聚合物、离子凝胶等，其中具有绝缘性和良好弹性的有机聚合物可用作介电材料。

上一篇 :刚性平面上柔性压力传感器的应用要点
下一篇 :MEMS压力传感器解决人机界面新痛点