作者：Lee
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电容式力传感器可以通过电压变化对外力变化作出响应。电容器通常由夹在两个导电板之间的介电层组成。用于计算电容的公式为：C=ε0εrA/d，其中ε0是真空介电常数，εr是电介质的相对介电常数，A是两个导电板有效重叠的面积，d是两个导电板之间的间距。挠性电容式力传感器的电极通常使用CNTs，Ag纳米线和导电离子材料。包括PDMS，SEBS和Ecoflex在内的低模量弹性材料非常适合用作介电层。
可以通过微结构化电极或介电层来显着增强电容式传感器的传感能力。如图1a-d所示，Quan等人使用磨砂玻璃作为模板来制备微结构PDMS膜，作为柔性电容传感器的电极基板。他们将带有微结构电极的传感器与没有微结构电极的传感器进行了比较。图1e–g中的结果表明，具有微结构的传感器具有更高的灵敏度，更低的检测限和更快的响应时间。Kang等人开发了一种基于海绵状多孔介电层的高性能电容式压力传感器。通过将PDMS涂覆在堆叠有聚合物微珠的硅基底上，然后溶解聚合物微珠，来获得海绵状多孔结构。然后将多孔PDMS膜转移到ITO薄膜电极上，从而得到具有超高灵敏度和高稳定性的电容传感器。多孔PDMS压力传感器的灵敏度是基于裸露PDMS膜的传感器的灵敏度的八倍以上。微结构电容式传感器性能更好的原因可以归结为以下两点。一方面，构造弹性体电极基板或介电层改善了装置的可压缩性。另一方面，微体系结构以有序的方式在电容器的导电板之间添加了空隙，这使得介电常数在压力下可改变。当外力施加到传感器上导致变形时，介电层中的气孔总量减小，空气/弹性体混合介电层的介电常数增大，从而由两个原因引起的电容式传感器的电容值上升因素：板间距的减小和介电常数的增加。此外，Pang等人开发了一种高灵敏度的压力传感器，该传感器具有金字塔形的PDMS电介质层和微毛结构的界面，如图2a，b所示。图2c-f比较了四个具有不同界面几何形状的传感器的动脉测试结果，结果表明，微毛状界面可以明显提高电容式压力传感器的信噪比。
图1a-d非结构化PDMS膜的俯视图（a）和侧视图（b）的SEM图像，微结构化PDMS膜的俯视图（c）和侧视图（d）的SEM图像。 e比较具有不同结构的传感器的相对响应。f两个结构化传感器的灵敏度测试。g两个结构化传感器在1 Pa压力下的响应。
图2a微毛结构传感器的示意图。b具有不同长宽比的微毛结构的SEM图像。c–f径向动脉测试，使用四种具有不同界面几何形状的设备：c平面，d长毛比为3，e为6和f为10的微毛结构
为了提高灵敏度，与有机场效应晶体管（OFET）集成也是电容传感器的一项广泛研究的项目。在OFET器件中，源极-漏极电流直接取决于栅极介电电容。Schwartz等人报道了使用微结构化PDMS膜作为介电层并使用新型共轭聚合物聚异靛二噻吩-硅氧烷（PiI₂T-Si）作为半导体的高度敏感的OFET电子皮肤设备。集成了微结构PDMS电介质的OFET器件在
与电阻式传感器相比，电容式传感器通常具有更高的灵敏度和更低的检测极限。然而，它们的较差的线性响应以及对寄生电容和边缘电容的敏感性在实际应用中可能成为挑战。
参考文献：Mini Review on Flexible and Wearable Electronics for MonitoringHuman Health Information. Yiding Gu, Ting Zhang, Hao Chen, Feng Wang, YuemingPu, Chunming Gao & Shibin Li.Nanoscale Research Lettersvolume 14,Articlenumber: 263(2019)
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