基于电容式柔性压力传感器的设计与应用开题报告

1. 研究目的与意义

随着现代社会的快速发展，具有颠覆性的新型设备例如可穿戴电子设备近年来不断涌现。柔性触觉传感器是一种新型的可穿戴电子设备，作为一个新兴的领域，柔性触觉传感器为机器与人类之间、机器与机器之间以及机器与外界环境之间的相互作用提供了可能。由于其柔性好、灵敏度高的特性，已经广泛应用于机器人系统、电子皮肤、触摸界面和可穿戴医疗设备等场合。例如，当压力传感器和触觉显示器结合使用时，可以及时为外科医生提供触觉反馈，从而提高微创手术的效率，减少患者的组织创伤和住院恢复时间。

常用的柔性压力传感器根据传感原理主要分为四种：电容型、压阻型、压电型和摩擦电型。所有这些机械传感器都依赖于施加压力时传感器的可压缩性。压阻型压力传感器通常具有简单的结构和读出机制，但也需要恒定的功耗，并且具有温度敏感性。压电型压力传感器通常不需要外部电源即可使传感器层运行，但更适合于动态传感，并且随着时间的推移，响应会出现较大的漂移。摩擦电型压力传感器同压电型类似，可以实现自供能式运行，根据应用需求可以检测动态或静态的压力，因其设计简单、成本低廉，是压力传感器中很有潜力的一个方向。电容型柔性压力传感器具有结构简单、稳定性好、响应速度快等优点，并且从应变和压力灵敏度、接近感测特性等方面，表明该类型器件具有良好的类皮肤行为。更重要的是，电容型柔性压力传感器能耗低且受温度影响小，是作为“电子皮肤”的理想选择。为了实现传感原理新型化、复杂环境分析、多功能集成化等新要求，电容式压柔性力传感器的未来发展中还需克服很多的问题，同时在材料制备合成工艺以及对新的柔性压力传感器材料、结构的发现与选择等方面还需要进一步探究。

为了探求影响电容式柔性压力传感器性能的各项因素，本文将从电极和介电层两个方面针对电容式柔性压力传感器的性能差异比较研究，并对最佳方案进行详细描述，以及对该方案下器件的实际应用展开测试并总结，最后对现阶段研究中存在的问题及相应的解决方法探究进行分析总结。

2. 研究内容和预期目标

综合上述研究目的和基础理论，本文通过改变电容式柔性压力传感器的上下电极和介电层制造微结构来研究如何提高电容式柔性压力传感器的灵敏度。具体研究内容如下：

1.调研文献并总结电容式柔性压力传感器的工作原理、结构设计与制备方法；

2.研究电极对电容式柔性压力传感器的灵敏度影响，通过改变不同导电性能的电极材料，对传感器的灵敏度、响应时间、稳定性、迟滞特性、温度环境适应性等关键传感性能进行测试、对比，并记录数据；

3. 研究的方法与步骤

3.1 综述

根据现有材料，设计了一种多孔介质层的电容式柔性压力传感器。以pdms作为传感器的介质层，以铜箔/pet作为传感器的上下电极，并在介质层中增设了四个均匀分布的圆柱孔/圆锥孔以形成多孔介质层，该电容式柔性压力传感器工艺简单、成本较低、灵敏度高。

3.2 电极的比较

4. 参考文献

1.蔡依晨，黄维，董晓臣.可穿戴式柔性电子应变传感器[j].科学通报, 2017(07): 23-37.

2.刘丽华，基于ag@cnts-pdms的柔性应力传感性能研究[d].太原理工大学, 2018.

3.全勇，魏雄邦，肖伦，等.微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究[j]. 传感技术学报, 2017, 030(3): 337-340.

5. 计划与进度安排

（1）2023.2.20-2023.3.30 文献调研，图书馆查阅资料，完成开题报告，完成外文资料的翻译；

（2）2023.4.01-2023.4.20 制备电容式压力传感器，测试相关性能参数；

（3）2023.4.21-2023.4.30 总结并整理实验数据，进行优化实验；