基于ZnO/P(VDF-TrFE)薄膜体声波谐振器的柔性触觉传感器

Considering limitations of existing tactile sensors, tactile sensors based on solidly mounted film bulk acoustic resonators (FBAR) are proposed. FBARs operate utilizing the reverse piezoelectric effect. The change of its resonant frequency is used as the output to sense physical properties including pressure, temperature and surface conditions. The solidly mounted FBAR for tactile sensors is fabricated with flexible electronic materials. PI, PDMS, ZnO/P(VDF-TrFE) and graphene are used for its substrate, protective layer, piezoelectric layer and electrodes, respectively..The scope of this project will cover theory, design, fabrication and characterization of solidly mounted polymeric FBARs, principles of complex tactile sensing and decoupling of signals from the tactile sensor array. These studies will lay the foundation for further development of this new tactile sensing technology.

针对现有触觉传感器的局限性，提出了基于固态装配型薄膜体声波谐振器的柔性触觉传感器。薄膜体声波谐振器利用逆压电效应进行工作，以其共振频率的变化为输出量检测压力、温度以及表面状况等物理量。用于触觉传感器的固态装配型薄膜体声波谐振器采用柔性电子材料制备，其衬底及保护层分别为PI和PDMS，压电层为ZnO/P(VDF-TrFE)复合膜，电极材料为石墨烯。 . 课题将对聚合物固态装配型薄膜体声波谐振器的性能机理、设计、制备及表征，复杂触觉敏感机制以及触觉传感器阵列信号解耦等方面展开研究，为这种新型触觉检测技术的进一步发展奠定基础。

针对现有触觉传感器的局限性，提出了基于固态装配型薄膜体声波谐振器的柔性触觉传感器。薄膜体声波谐振器利用逆压电效应进行工作，以其共振频率的变化为输出量检测压力、温度以及表面状况等物理量。项目对三种相关压电器件（压电悬臂梁、压电喷头、压电触觉传感器）从理论和实验两个方面展开了深入研究。建立了压电悬臂梁执行器的阻尼振动理论方程，并利用有限元仿真和实验结果对其有效性进行了验证，结果证明理论模型可以非常准确的描述压电悬臂梁的振动特性。研究了纳米材料喷墨打印喷头的工作原理，建立了有限元模型，对其结构以及控制参数进行了优化，搭建了实验平台，以纳米银为研究对象，进行了喷射实验，结果表明液滴喷射速度、尺寸以及质量可以满足微米级制备要求。理论分析了PVDF的触觉传感器的工作原理，建立了有限元模型，已数值分析为依据，对传感器阵列结构进行了优化设计。制作了传感器阵列样机。搭建了触觉传感器阵列测试实验平台，对触觉传感器阵列进行表征，获得了阵列点的灵敏度，非线性度和频响范围等性能参数，并且进行了手掌的触力实验，结果表明传感器阵列点的灵敏度在150mV/N~170mV/N范围内。