浙江大学：研究一种用于非接触-接触双模式人机交互的高灵敏柔性电容传感器

传感器的结构如图1所示，它由三层组成：顶层和底层是带有迷宫式铜电极的PET，顶层和底层电极之间夹着一层硅橡胶电介质层，具有多孔-截断金字塔双层微结构。传感器分为12个传感单元，每个传感器单元由一对互补的迷宫电极和一个多孔-截顶金字塔分层电介质组成。通过将电极设计成方形迷宫结构加强边缘电场，从而提高近距离感知性能。多孔-截断金字塔分层电介质层的设计旨在通过分层变形来改善硅橡胶的变形能力，从而提高压力传感性能。

接近传感的原理为：上下电极构成一个电容双极板，当外部物体尚未接触传感器时，传感器通过电极激发的边缘电场检测外部物体的接近。当外部物体接近时，传感器激发的边缘电场会减弱。对于导电物体，原始边缘电场的减弱主要归因于静电感应产生的感应电荷，绝缘物体则主要通过极化效应削弱边缘电场。压力传感的原理为：当物体开始对传感器施加压力时，介电层开始变形，传感器内部的电场将发生变化。如图2(d)所示，在低压范围内，由于杨氏模量较低，多孔结构会迅速变形。内部孔隙受到挤压，上下电极之间的距离减小，同时介电层的介电常数也会因空气受到挤压而增大。这两者都会使传感器的电容增大。由于多孔结构的应力分散，截顶金字塔形结构在这一阶段的变形不明显。因此，电容的变化主要是由多孔结构的变形造成的。在高压范围内，内部孔隙被充分压缩，多孔结构可以看作是一个向下的固体，进一步挤压截顶金字塔形结构。截顶金字塔形结构的变形导致上下电极之间的距离缩短，从而使电容继续增加。