電阻型壓力傳感器一般由襯底和導電材料構成
電阻型壓力傳感器將壓力變化轉換成電阻或者電流的變化,根據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,它的傳感機理簡單,結構和制備流程也簡單,能量消耗小,因此受到了研究者們的廣泛關注。
而電阻型壓力傳感器一般由襯底和導電材料構成,為了獲得良好的柔性和可拉伸性,襯底一般會采用彈性體,如PDMS聚對苯二甲酸乙二醇酯,而導電材料除了具有一定導電能力外,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因素。
1、材料的形狀結構變化,結構變形會導致長度 L 和截面積 S 的變化。
2、材料能帶結構的變化,比如石墨烯的拉伸程度超過20%時,電子能帶結構會發生改變,從而引起導電性能發生變化,在半導體硅基材料中也發現了這種現象。
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)達到12.75. 它的傳感機理是隨著壓力的增加,纖維的接觸變得更加緊密,導致電阻變小。這類傳感器的缺點是容易出現信號漂移和滯后。
4、復合材料內部導電相的間隔發生變化,將導電填料作為第二相加入到導電能力相對較差的高分子材料當中, 達到滲透閾值時, 導電相會形成導電網絡,表現為電阻明顯減小。導電網絡的形成目前主要有兩個理論:一是滲透理論,二是隧道電流效應。
另外電阻型與電容型壓力傳感器在設計策略上有類似的地方,為了獲得較高的靈敏度,會使用具有微結構的柔性襯底或導電層。尖錐狀陣列、球狀陣列、柱狀陣列,互鎖結構等微結構的應用顯著提升了傳感器的靈敏度。
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