基于pvdf的柔性压力传感器的制备与性能研究

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1、４击种故＊凌ＥＨＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯｅｒＯＦＣＨＪＮＡＵＮＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＩＶＥＲＳｆ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳ＃％；ｙ论支题目基于ＰＶＤＦ的柔瞄力传感器的制备与陡能研究学科专业材料科学与工稽０１３２１０３０４０１学号２作者姓名卢凯指軍教师黄文副教授？？．■：．■．，＇■■独剑性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加（＾

2、标注和致谢的地方夕ｈ，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：Ｔ＞。＾如曰期：／｛年ｂ月＾曰／论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可ｔＵ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可料采用影印、缩

3、印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵此规定）守）ｎ作者签名：Ｉ导师签：名￣＿ｆ。／：＞曰店期年月曰；■分类号密级注1UDC学位论文基于PVDF的柔性压力传感器的制备与性能研究（题名和副题名）卢凯（作者姓名）指导教师黄文副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业材料科学与工程提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.09学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。FABRI

4、CATIONANDCHARACTERIZATIONRESEARCHONFLEXIBLEPRESSURESENSORBASEDONPVDFAMasterThersisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MaterialsScienceandEngineeringAuthor:LuKaiSupervisor:AssociateProfessorHuangWenSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateE

5、lectronics摘要摘要聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有一定柔性的压电聚合物材料，其力学和电学特性使其在生物医疗电子领域发挥着重要的作用。针对目前生物医疗传感器对人体可贴合、生物兼容以及高灵敏度等迫切需求，本文采用溶胶凝胶法制备了具有良好压电特性的PVDF薄膜，设计并制作了基于PVDF薄膜的柔性压力传感器阵列，研究了一系列传感器的力电响应特性，最后通过仿真研究了柔性压力传感器阵列的信号干扰等问题。实验结果表明，采用溶胶凝胶法制备的PVDF薄膜在BipolarLoop型电压的作用下，表现为蝶形电容-电压(C-V)曲线，电容值大小为51.5

6、pF。电容值在低频段随着频率的提高迅速下降，在高频段趋于稳定，在高频段的相对介电常数约为5.2。2电滞回线较为完整，剩余极化强度Pr为0.88μc/cm，矫顽场Ec约为55MV/m。AFM揭示薄膜表面呈现为β相的针状的结晶相，表面起伏在纳米量级。PFM相位图的明暗衬度明显，薄膜的压电性能良好。在此基础上，设计了基于PVDF薄膜的柔性压力传感器阵列，传感器具有三明治结构，中间层为压电层，上下层为阵列电极层，传感器的阵列为4×4，阵列电极的尺寸为1.4mm×1.4mm，每四个阵列电极共用一根电极引线，上下电极引线呈现90°排列。采用刻蚀的方法制

7、备了柔性压力传感器阵列原型器件，并使用PDMS进行封装。传感器的力电响应测试结果说明电压信号输出具有高信噪比，同步测试结果证明传感器阵列具有高度的同步性。力电响应测试结果说明传感器具有线性的力电特性，传感器的响应斜率为12mV/kPa。高频数据采集揭示了PVDF基压电膜在受力-空载时的电信号输出过程，PVDF压电膜在受力状态发生变化的时候会产生电信号输出，放电时间小于2.5毫秒。测试结果表明，该传感器阵列可应用于贴合人体表面的多点微压力测试。最后，通过COMSOLMultiphysics仿真计算研究了柔性传感器阵列间信号干扰等若干问题，并以

8、此优化传感器性能。首先，通过建模仿真计算了对传感器16个阵列电极同时施加大小不等的应力，传感器各个阵列电极能够独立工作。由于PVDF薄膜柔性的特征，在受力时产生的附加形变会造成对