关于电阻式柔性压力传感器定义

2022-10-20 11:33:22

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电阻式压力传感器将压力变化转化为电阻或电流的变化。根据电阻的定义:

其中，ρ为电阻率，L为长度，S为截面积。其传感机理简单，结构和制备工艺简单，能耗小，因此受到了研究人员的广泛关注。

电阻压力传感器一般由衬底和导电材料组成。为了获得良好的柔韧性和延伸性，一般采用PDMS和PET等弹性体作为基材。除了具有一定的导电性外，导电材料还需要对压力变化敏感。电阻的变化可以概括为以下因素。

1)材料的形状和结构发生变化。结构变形会导致长度L和截面积S的变化。

2)材料能带结构的变化。例如，当石墨烯的拉伸程度超过20%时，电子能带结构会发生变化，从而引起导电性的变化。这种现象也出现在半导体硅基材料中。

3)两材料之间接触电阻的变化(Rc)。例如，静电纺丝制备的ZnO/SiO2纳米纤维膜在1.25 cm?1曲率下的灵敏度(Imax/I0)可达12.75。它的传感机理是随着压力的增加，纤维的接触变得更紧密，从而产生更小的电阻。这种传感器的缺点是容易产生信号漂移和迟滞。

4)复合材料中导电相的间距发生变化。将导电填料添加到导电性较差的聚合物材料中作为第二相。当侵彻阈值达到时，导电相将形成导电网络，表现为电阻明显降低。目前，关于导电网络的形成主要有两种理论:一种是穿透理论，另一种是隧道电流效应。

电阻和电容压力传感器具有类似的设计策略。例如，为了获得高灵敏度，使用了具有微结构的柔性衬底或导电层。锥形阵列、球面阵列、圆柱阵列和联锁结构等微结构的应用显著提高了传感器的灵敏度。

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