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柔性电容式传感器-高灵敏度与低功耗触觉传感.docx
资料介绍
柔性电容式传感器：高灵敏度与低功耗触觉传感
一、引言
柔性电容式传感器利用电极板间距或介电常数变化引起的电容变化实现压力或应变传感，具有结构简单、功耗低、温度稳定性好和动态响应快的优势。电容式传感器在柔性触觉传感、电子皮肤和可穿戴健康监测中应用广泛。2026年，北京理工大学团队开发的三模态柔性传感器中，通过分级离子电子界面设计，在0-60 kPa压力范围内实现3.75 kPa⁻¹的灵敏度，在60-200 kPa范围内实现0.99 kPa⁻¹的灵敏度，有效缓解了灵敏度-量程之间的权衡矛盾。
二、电容式传感原理
电容式传感器由上下电极板和中间的介电层组成，电容C = ε₀εrA/d，其中ε₀为真空介电常数，εr为相对介电常数，A为极板有效面积，d为极板间距。当压力施加时，介电层被压缩，极板间距d减小，电容增大；或介电层形变引起相对介电常数εr变化，电容随之变化。
平行板电容式传感器是最基本的结构，在压力下极板间距减小，适用于大面积触觉传感。边缘场电容式传感器利用电极边缘的电场分布，在接近检测中具有独特优势。离子电子界面电容式传感器利用离子凝胶或离子液体作为介电层，在电极-电解质界面形成双电层电容，电容值大幅提升，灵敏度显著提高。
三、介电层材料
PDMS是最常用的介电层材料，具有低杨氏模量和良好的弹性回复能力。Ecoflex具有更高的柔韧性和可拉伸性，在超柔性传感器中应用广泛。离子凝胶利用离子液体与聚合物网络复合，具有高介电常数和良好的可拉伸性。
微结构介电层利用金字塔、微柱或多孔结构在介电层中引入空气间隙，显著提高灵敏度。多孔介电层利用静电纺丝或相分离方法制备多孔结构，在降低介电层有效模量的同时提高灵敏度。
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| 1273-柔性电容式传感器-高灵敏度与低功耗触觉传感.docx | 38K |
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