電阻型壓力傳感器一般由襯底和導(dǎo)電材料構(gòu)成
電阻型壓力傳感器將壓力變化轉(zhuǎn)換成電阻或者電流的變化,根據(jù)電阻的定義劃分的話,其中ρ 是電阻率,L 是長度,S 是橫截面積,它的傳感機(jī)理簡單,結(jié)構(gòu)和制備流程也簡單,能量消耗小,因此受到了研究者們的廣泛關(guān)注。
而電阻型壓力傳感器一般由襯底和導(dǎo)電材料構(gòu)成,為了獲得良好的柔性和可拉伸性,襯底一般會(huì)采用彈性體,如PDMS聚對苯二甲酸乙二醇酯,而導(dǎo)電材料除了具有一定導(dǎo)電能力外,還需要對壓力的變化很敏感。其次電阻的變化又可以概括為以下四個(gè)因素。
1、材料的形狀結(jié)構(gòu)變化,結(jié)構(gòu)變形會(huì)導(dǎo)致長度 L 和截面積 S 的變化。
2、材料能帶結(jié)構(gòu)的變化,比如石墨烯的拉伸程度超過20%時(shí),電子能帶結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變,從而引起導(dǎo)電性能發(fā)生變化,在半導(dǎo)體硅基材料中也發(fā)現(xiàn)了這種現(xiàn)象。
3、兩種材料之間的接觸電阻的變化(Rc),利用靜電紡絲方法制成的 ZnO/ SiO2納米纖維薄膜,在1.25 cm?1曲率下靈敏度(Imax/I0)達(dá)到12.75. 它的傳感機(jī)理是隨著壓力的增加,纖維的接觸變得更加緊密,導(dǎo)致電阻變小。這類傳感器的缺點(diǎn)是容易出現(xiàn)信號漂移和滯后。
4、復(fù)合材料內(nèi)部導(dǎo)電相的間隔發(fā)生變化,將導(dǎo)電填料作為第二相加入到導(dǎo)電能力相對較差的高分子材料當(dāng)中, 達(dá)到滲透閾值時(shí), 導(dǎo)電相會(huì)形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),表現(xiàn)為電阻明顯減小。導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成目前主要有兩個(gè)理論:一是滲透理論,二是隧道電流效應(yīng)。
另外電阻型與電容型壓力傳感器在設(shè)計(jì)策略上有類似的地方,為了獲得較高的靈敏度,會(huì)使用具有微結(jié)構(gòu)的柔性襯底或?qū)щ妼印<忮F狀陣列、球狀陣列、柱狀陣列,互鎖結(jié)構(gòu)等微結(jié)構(gòu)的應(yīng)用顯著提升了傳感器的靈敏度。
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