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柔性壓力傳感器由于其良好的生物相容性和耐磨性，在生理信號監(jiān)測方面具有許多潛在的應(yīng)用。然而，它們相對較低的靈敏度、線性度和穩(wěn)定性阻礙了它們的大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。

論文提出了一種基于具有兩個(gè)多孔微針陣列（MNA）的叉指電極結(jié)構(gòu)的柔性電容式壓力傳感器。該傳感器可以準(zhǔn)確監(jiān)測手指、腕關(guān)節(jié)、手臂、面部、腹部、眼睛和喉結(jié)的運(yùn)動(dòng)。此外，通過監(jiān)測喉結(jié)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了初步的語義識別。最后，將多個(gè)壓力傳感器集成成3×3陣列來檢測空間壓力分布，這是智能機(jī)器人和人造電子皮膚在假肢中應(yīng)用的重要能力。

與之前的研究相比，這項(xiàng)工作提出了一種通過修改電極層而不是介電層來提高器件靈敏度和穩(wěn)定性的新方法。通過將NaHCO ₃與PDMS混合模制來制備多孔MNA基底。在MNA基板上沉積兩層聚對二甲苯以增強(qiáng)導(dǎo)電層的穩(wěn)定性。通過比較PM型、M型和F型傳感器，表明具有多孔MNA的叉指電極結(jié)構(gòu)對于提高靈敏度起著關(guān)鍵作用。PM型傳感器被發(fā)現(xiàn)在0-80 kPa范圍內(nèi)具有kPa ^-1的靈敏度，這是M型傳感器的七倍。此外，PM型傳感器的穩(wěn)定性在1500個(gè)2 N加載周期內(nèi)保持穩(wěn)定。0.25 N加載和卸載期間的響應(yīng)時(shí)間分別為100和110 ms。

需要注意的是，不同傳感器在給定壓力下的初始電容和給定傳感器在不同壓力下的初始電容表現(xiàn)出輕微的變化。這表明傳感器制備工藝的一致性和高壓下的工作穩(wěn)定性仍有待提高。這是后續(xù)工作中需要解決的問題。

該工作得到了國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：）、浙江省自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：LQ21F010010）、國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號：和62204204）的部分支持）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（批準(zhǔn)號：2022ZD0208602）、浙江省重點(diǎn)研發(fā)基金（批準(zhǔn)號：2019C04003、2021C01041）、上海市揚(yáng)帆計(jì)劃（批準(zhǔn)號：21YF1451000）、重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目陜西省計(jì)劃（批準(zhǔn)號：2022GY-001）。

研究亮點(diǎn)

1.由兩個(gè)多孔微針陣列組成的叉指電極結(jié)構(gòu)大大提高了壓力傳感器的靈敏度。

2.由于采用雙層聚對二甲苯增強(qiáng)多孔微針陣列電極結(jié)構(gòu)，壓力傳感器在1500次循環(huán)后具有良好的穩(wěn)定性。

3.壓力傳感器可以準(zhǔn)確監(jiān)測身體部位的運(yùn)動(dòng)，并具有一定的語音識別能力。

相關(guān)文獻(xiàn)

https://doi.org/10.1063/10.0022174