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In den letzten Jahren haben flexible Drucksensoren aufgrund ihrer unverzichtbaren Anwendung in der Softrobotik 1,2,3, den haptischen Schnittstellen "Mensch-Maschine" 4,5 und der Gesundheitsüberwachung 6,7,8 Aufmerksamkeit erregt. Im Allgemeinen umfassen die Mechanismen für die Druckmessung piezoresistiv 1,4,7, piezoelektrisch 2,6, kapazitiv 2,3,9,10,11,12,13 und triboelektrisch 8 Sensoren. Unter ihnen zeichnen sich kapazitive Drucksensoren aufgrund ihrer hohen Empfindlichkeit, niedrigen Nachweisgrenze (LOD) usw. als eine der vielversprechendsten Methoden in der taktilen Sensorik aus.
Um eine bessere Sensorleistung zu erzielen, wurden verschiedene Mikrostrukturen wie Mikropyramiden2, 9, 14, Mikrosäulen15 und Mikroporen 9, 10, 11, 12, 13, 16, 17 in flexible kapazitive Drucksensoren eingeführt, und die Herstellungsmethoden wurden ebenfalls optimiert, um die Sensorik weiter zu verbessern Aufführungen solcher Strukturen. Die meisten dieser Strukturen erfordern jedoch ausgeklügelte Mikrofabrikationsanlagen, was die Herstellungskosten und Betriebsschwierigkeiten erheblich erhöht. Mikropyramiden sind beispielsweise die am häufigsten verwendete Mikrostruktur in Weichdrucksensoren und basieren auf lithografisch definierten und nassgeätzten Si-Wafern als Formvorlage, was Präzisionsgeräte und eine strenge Reinraumumgebung erfordert 9,14. Daher haben Mikroporenstrukturen (poröse Strukturen), die durch einfache Herstellungsprozesse und mit kostengünstigen Rohstoffen unter Beibehaltung hoher Sensorleistungen hergestellt werden können,in letzter Zeit zunehmend Aufmerksamkeit erregt 9,10,11,12,13,16,17 . Dies wird, zusammen mit den Nachteilen einer Änderung der PFA und ihrer Menge, als Motivation für die Verwendung unserer Fraktionskontrollmethode diskutiert.
In dieser Arbeit wird eine einfache und kostengünstige Methode vorgeschlagen, die auf der Lösungsmittel-Verdampfungstechnik basiert, um einen porösen, flexiblen kapazitiven Drucksensor mit kontrollierbarer Porosität herzustellen. Der komplette Herstellungsprozess umfasst die Herstellung der porösen dielektrischen PDMS-Schicht, die Abstandsbeschichtung der Elektroden und die Verklebung von drei Funktionsschichten. Konkret wird in dieser Arbeit eine PDMS/Toluol-Mischlösung mit einem bestimmten Massenverhältnis verwendet, um die poröse dielektrische PDMS-Schicht auf der Grundlage des Zucker/Erythrit-Gemischs herzustellen. Währenddessen sorgt eine gleichmäßige PFA-Partikelgröße für eine gleichmäßige Porenmorphologie und -verteilung; So kann die Porosität durch Änderung des PDMS/Toluol-Massenverhältnisses gesteuert werden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Empfindlichkeit des vorgeschlagenen Drucksensors durch eine Erhöhung des PDMS/Toluol-Massenverhältnisses von 1:8 auf 1:1 um mehr als das Doppelte gesteigert werden kann. Die Variation der Mikroporenwanddicke aufgrund unterschiedlicher PDMS/Toluol-Massenverhältnisse wird auch durch lichtmikroskopische Aufnahmen bestätigt. Der optimierte weich-kapazitive Drucksensor zeigt eine hohe Schaltleistung mit einer Empfindlichkeit und Reaktionszeit von 3,47 % kPa−1 bzw. 0,2 s. Mit diesem Verfahren wird die schnelle, kostengünstige und einfach zu bedienende Herstellung einer porösen dielektrischen Schicht mit kontrollierbarer Porosität erreicht.