近年來(lái)，柔性壓力傳感器件因在人機(jī)交互、電子皮膚、智能可穿戴等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而越來(lái)越受到產(chǎn)、學(xué)、研界的關(guān)注。然而，當(dāng)傳統(tǒng)的柔性傳感器件應(yīng)用在真實(shí)柔性基底場(chǎng)景中，由于器件彎曲引起的沿著法線(xiàn)方向上的垂直應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生“偽信號(hào)”，因而如何確保最終器件性能的可靠與穩(wěn)定性依舊是一項(xiàng)相當(dāng)迫切的需求。此外，實(shí)現(xiàn)更寬動(dòng)態(tài)線(xiàn)性量程的同時(shí)通常會(huì)以犧牲器件靈敏度為代價(jià)，反之亦然，如何通過(guò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及材料選擇解決器件靈敏度與動(dòng)態(tài)線(xiàn)性量程范圍之間的平衡問(wèn)題仍然是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

為解決以上問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料所（籌）光子信息與能源材料研究中心副研究員陳明、研究員楊春雷及其合作者提出了兩種解決方案： 

基于柔性壓力傳感器件的有限元分析

研究人員利用傳統(tǒng)微納加工工藝、真空鍍膜技術(shù)和激光劃線(xiàn)工藝制備出頂部為微圓臺(tái)結(jié)構(gòu)的聚二甲基硅氧烷（PDMS）/摻鋁氧化鋅（AZO）、間隔層為光刻膠（PS）和底部叉指電極為聚酰亞胺（PI）/金（Au）的柔性壓力傳感器。所制備的器件擁有高達(dá)2200 kPa-1的靈敏度、寬達(dá)9.6 kPa的動(dòng)態(tài)線(xiàn)性量程范圍，快至低于20 ms的上升和下降響應(yīng)時(shí)間等優(yōu)異性能。研究人員還進(jìn)一步從理論角度闡明了器件在外界壓力作用下的工作機(jī)理和內(nèi)在壓力分布，解釋了PS間隔層中空穴直徑大小、導(dǎo)電層微結(jié)構(gòu)與最終器件靈敏度、動(dòng)態(tài)線(xiàn)性量程范圍和靈敏閾值等性能的關(guān)系。

陳明博士說(shuō)：“在我們以前的工作中，粗糙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)極大地幫助提高了壓力傳感器的靈敏度。在這項(xiàng)研究中，PDMS / CB和LIG叉指電極的分層結(jié)構(gòu)和足夠的粗糙度被用來(lái)提高綜合性能此外，PI隔離層的設(shè)計(jì)使該器件在零壓力下具有零功耗的可能性，”

這項(xiàng)工作展示了一種通過(guò)低成本工藝制造具有綜合性能的柔性壓力傳感器的新方法。

除此之外，研究人員還設(shè)計(jì)了一種基于聚二甲基硅氧烷（PDMS）/碳黑（CB）、圖案化的聚酰亞胺（PI）間隔層和激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）叉指電極的高性能，待機(jī)功率損耗為零的柔性壓力傳感器。所制備的柔性壓力傳感器具有高靈敏度（43 kPa-1）、寬線(xiàn)性響應(yīng)范圍（0.4～13.6 kPa）、快速響應(yīng)（<30 ms）、長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性（>1800個(gè)周期）和在某些彎曲條件下（彎曲角度：0～5°）還具有待機(jī)零功率損耗等性能。研究人員還在實(shí)驗(yàn)上和理論上研究了PI間隔層的孔徑對(duì)柔性壓力傳感器性能的影響。上述工作由聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生何可、易成漢和碩士研究生侯玉欣等共同協(xié)作完成。