如何利用互锁界面垂直堆叠技术,实现多种功能传感器的设计?

2023年06月22日19:02:38 科技 1270

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由于热电体复合膜和压阻/压电互锁界面垂直堆叠,因此容易实现具有高空间分辨率(216像素)的多种功能,并且演示了人手接触下的温度分布。

互锁结构的功能有效性通过检测心脏脉搏、声学声音和表面纹理来验证。Chun等人将TENG传感器和石墨烯传感器垂直堆叠,成功检测到振动和压力他们展示了人类皮肤的快速适应(FA)和慢速适应(SA)感觉。

多层积累相结合铁电的和压阻元件。受指尖结构的启发,互锁微结构压电复合材料(PVDF/r-GO)层增强了压阻灵敏度,并允许感知动态触摸。

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通过垂直和横向集成基于硅纳米带的传感器的多功能人造皮肤。应变、压力、湿度、温度传感器和可拉伸加热器的放大图像。覆盖假手的集成纳米带传感器。

与基于橡胶的传感器相比,基于硅的应变传感器表现出快速响应。金等人提出了超薄硅纳米带通过垂直和横向集成多个传感器来监测应变、压力、温度和湿度以及加热器蛇形应变和压力传感器显示出线性响应度。

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p-n掺杂纳米带集成在同一衬底上,用作温度传感器。在特定电流下通过纳米带测量的电压随着温度的升高而降低。通过测量放置在顶层的共面电容器的电容来检测湿度。

通过将传感器附着在假手上并检测应变、压力和温度分布。华等人制造了一种受皮肤启发的高度可拉伸和可贴合的矩阵传感器,他们展示了应变、压力、温度、接近度、光学、磁性、湿度的多种功能。

不同的材料(铜/镍合金,铂,钴/铜多层,铝/聚酰亚胺,铝/氧化锌)被用来检测应变,温度,磁性,温度和紫外光。给出了多种刺激的实时空间分布,表明了其在健康监测和人机界面方面的可能应用。

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纺织电子学提供了监控身体的生理和身体活动的可穿戴平台。集成电容式应变传感器、加热器和可拉伸电极,用于组合式ECG/EMG检测银纳米线被嵌入热塑性聚氨酯中以制造导电复合材料

此外,电子纺织品能够经受100次连续洗涤循环。用一种传感材料进行多模态传感是用简单的器件结构实现多功能电子皮肤的有效策略这是非常有利的,因为e-skin需要具有大变形能力的高密度传感器。

Tien等人设计了一个场效应晶体管(FET)由压电热电栅极电介质和压电热敏电阻组成有机半导体频道FET可以响应热和机械刺激,表现出合理的热-机械去耦能力。当AC栅极偏压被施加到栅极电介质时,漏极电流(ID)展示了振幅和偏移电流值(ID安培而我D抵消)对刺激的反应。

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跨导(gm)和等效电压(V0)到电介质层的极化被从漏极电流中提取出来。通过特征矩阵将每个参数转化为温度和压力值,从而得到双峰函数。集成了16个场效应晶体管,用于检测施加在指尖上的热和机械刺激的二维分布。

Zhang等人报道了通过使用微结构框架支撑的有机热电(MFSOTE)材料进行温度和压力的双峰感测MFSOTE由涂有PEDOT:PSS的多孔PU制成。

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这样,MFSOTE显示出热电和压阻特性。传感器产生热电电压(V克卡)由于热电机制而具有正系数,而它显示出负的压阻变化。高分辨率MFSOTE传感器(144像素,0.25毫米2用于每个像素)以展示不同物体的辨别。

究了一种双模式传感器还原氧化石墨烯对于一个电热调节器以及用于压电电容式压力传感器的微结构PDMS由于热敏电阻的电阻和压力传感器的电容由阻抗分析仪区分,这两个激励可以去耦。

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使用压电热电有机半导体作为场效应晶体管(FET)的有源层的柔性双模传感器。漏极电流的变化(ID)在温度变化和压力的同时作用下(c)用于温度压力双参数传感的微结构框架支撑有机热电系统。MFSOTE矩阵阵列传感器覆盖指尖。

已经开发了像素化的电子皮肤来实现人类身体感觉系统的时空感觉功能。许多研究已经利用矩阵型阵列来获得高空间分辨率。在矩阵式系统中,由刺激引起的电变化已经通过顺序测量获得,称为时分多址(TDMA)。

根据传感器类型,通过顺序测量每个像素中的电信号,可以获得三维力分布。一个测量周期所需的时间取决于传感器上的像素数量。基于校准主曲线,电信号被转换成力或压力。通过将力信息与像素的已知位置信息相结合,可以实时描绘3D分布。

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尽管TMDA已被广泛接受,但它会导致数据采集时间滞后关于TDMA中的问题,已经探索了事件驱动的并行数据采集以有效收集信息这在计算数据处理中具有成本效益,并且可以克服高分辨率系统中的响应时间限制,但是,需要进行更系统的研究。

使用TDMA读出的多路复用电极阵列允许多个传感器的高密度集成提出了仿生软E-skin,其可以基于多路复用电极阵列来区分法向力和切向力碳纳米管被嵌入到金字塔形状的聚氨酯基底中,用作顶部和底部电极。

10微米厚的介电层(聚(羟基丁酸酯)-聚(羟基戊酸酯)(PHB-PHV))放置在顶部和底部电极之间。微结构传感器表现出压电电容特性。当剪切力施加到传感器阵列时,顶部电极水平移动,因此可以检测剪切方向。

当制作的传感器阵列连接到手爪时,它可以演示法向力和剪切力的检测。手爪系统中的闭环反馈使得机器人与环境的实时交互成为可能。用于数据采集的具有时分多址(TDMA)的矩阵型传感器阵列。

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具有微结构电极和可拉伸介电薄膜的压电电容无源矩阵传感器。该传感器可以通过分析压力分布来检测法向力和剪切力。可拉伸的方案半导体聚合物通过动态结合机制工作。

可拉伸半导体用于固有可拉伸晶体管,因此可拉伸多路复用有源矩阵应变传感器的制造是可能的。基于二极管的矩阵传感器的压力映射及其通过包裹指尖用于盲文阅读。

在多路复用传感器中,电串扰干扰来自每个像素的电信号。晶体管或二极管已经被用于整流来自相邻像素和电极的寄生电流。

到目前为止,由柔性晶体管操作是主要趋势用并五苯作为有机半导体制造了柔性有机晶体管薄薄的铝金属栅电极(20纳米),一个氧化铝栅极电介质(6纳米)和金源极/漏极电极(50纳米)沉积在薄聚酰亚胺衬底(12.5微米)上。

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他们还通过利用超薄基板开创了可变形晶体管操作的触觉传感器。该传感器即使在100微米的弯曲半径下也能成功工作,而传感性能没有任何下降。关于灵活的晶体管操作已经有了很好的评论一旦开发出本质上可拉伸的晶体管,就有望充分利用可拉伸器件的优势。

Oh等人报道了使用可拉伸和自愈合的有源矩阵应变感测阵列半导体薄膜 他们使用由聚(3,6-二(噻吩-2-基)二酮吡咯并吡咯-1,4-二酮-alt-1,2-二噻吩乙烯)和添加的2,6-吡啶二甲酰胺部分(DPP-TVT-PDCA)组成的聚合物半导体,并且他们使用聚(二甲基硅氧烷-alt-2,6-吡啶二甲酰胺)(PDMS-PDCA)作为绝缘弹性体。

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PDCA形成金属-配体配位络合物,因此聚合物链之间的动态交联是可能的。他们制作了一个5 × 5有源矩阵应变传感器阵列,并演示了用塑料棒戳时的应变分布。该传感器的高应变仪因子归因于半导体膜的纳米级相分离。

虽然晶体管方法已经消除了电串扰,但是具有横向源极/漏极结构的三端子像素降低了像素的分辨率没有制造高密度可拉伸晶体管的可再生方法,就需要找到一种简单的方法。

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You等人提出使用二极管接口来消除电串扰他们在钛/金电极上涂了一层氧化锌/聚苯乙烯复合膜。他们在ZnO/PS薄膜上排列了PEODT:PSS涂覆的导电PU MPs。在PEDOT:PSS层和ZnO/PS膜表面之间的界面处形成肖特基结,允许从ZnO/PS到PEDOT:PSS的电流路径,但是在相反方向上阻断。

这种二极管方法能够实现像素的高空间分辨率(100像素厘米−2).由于导电MPs和ZnO/PS层之间的接触面积随着外部压力的增加而增加,传感器阵列可以提供空间压力信息而没有信号干扰。

所有设备组件都非常灵活,因此他们用传感器包裹手指,并成功演示了盲文阅读。基于事件驱动并行信号传输的人类触觉神经系统可以通过神经纤维,而没有在TDMA方法中成问题的输出时间延迟。空间信息以数字化尖峰信号包的形式编码。分组中尖峰的频率和输入分组之间的相对时间差可以提供时间信息。

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尽管事件驱动的并行方法具有真正的优势,但相关的研究非常少最近,Lee等人提出了异步编码电子皮肤(ACES ),其中位置信息以脉冲信号模式(他们使用基于金字塔结构PDMS电介质层的压电电容传感器,并使用PCL:Ni层进行温度传感。每个传感器都连接到ADC

他们集成了传感器阵列(80)并检测正常压力、温度、滑动和光栅图案传感器可以检测装有热咖啡的杯子的温度。使用该传感器的机器人通过压力分析识别物体的方向和滑动速度。

由于重叠的多个信号可以根据异步脉冲模式进行解码,因此允许传感器共享电极来共同传输信号。与基于多路复用的TDMA工艺相比,该特征使得减少电极数量成为可能,甚至允许通过单个电极制造ace。

基于顶部电极和离子膜之间接触面积变化的压力传感器。使用导电织物电极和离子纳米纤维之间的微结构接触的压力传感器。基于可填充的微结构离子凝胶层的压力传感器(e)模拟生物细胞结构的人工离子机械感受器的离子泵机制。

电荷动态脱离二氧化硅表面由于氢键被外部压力引起的应力场破坏。中的基本方法CEDL传感器一直利用电极和电解质在压力下有效接触面积的变化李等人介绍了纤维结构,以增加灵敏度CEDL传感器他们制备了导电织物作为顶部和底部电极层,并夹入了电纺离子纳米纤维电极层之间的垫子。


参考文献

《物理传感器的方法:电子与离子电子》

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