柔性电子应变传感器的研究与应用

窦建淇

（山东大学机械工程学院，山东 济南 250000）

1 可穿戴柔性电子应变传感器存在的问题

虽然当前的可穿戴柔性电子应变传感器设计与研究技术得到了显著的发展，但是其中依然存在有个别问题亟待商榷与研究。其中，主要问题有以下几点：如何对可穿戴柔性电子应变传感器的应用材料进行合理选择；如何对压阻效应做深入的分析与研究；如何针对光学效应设计可穿戴柔性电子应变传感器；如何结合其他影响因素和效应对可穿戴柔性电子应变传感器进行系统的优化；如何通过对器件集成系统的输出情况分析与判断实现对可穿戴柔性电子应变传感器的综合性设计和开发。

2 各类材料的选择与应用

相比较传统模式下的半导体电子应变传感器的材料应用来分析，可穿戴柔性电子应变传感器材料应用的需求更加严格，且对于应用材料的柔韧性和拉伸性也提出了更高的标准。在此，若想实现对可穿戴柔性电子应变传感器的有效设计，首先要从可穿戴柔性电子应变传感器的材料应用方面入手，选择合适的材料，以此实现对可穿戴柔性电子应变传感器设计基础条件的满足和保障[1]。

例如：在对材料进行选择的时候，首先要对基底材料做有效分析。在基底材料的应用中，务必要保证材料具有高度的变形性能和可塑性能。因为在传统模式下的半导体电子应变传感器中，基底材料大多为氧化硅材料，因此其可塑性较差。所以，在对可穿戴柔性电子应变传感器进行全新设计的时候，可以选择可塑性更好的相交材料和高韧性硅胶材料。这样，能够改变传统模式下半导体电子应变传感器的粗糙感，且能够提升可穿戴柔性电子应变传感器的穿戴效果。其次需要对介电材料进行合理的选择。在此，可穿戴柔性电子应变传感器务必要与传统模式下的半导体电子应变传感器做区分，尽可能地采用现代晶体管和电容式触觉传感器对其进行设计。这样，能够在后续的传感器应用中实现对介电常数的有效控制，且能够稳定电流，实现对电流密度的合理控制和放电速度的有效保证。

3 压阻效应的研究与分析

在可穿戴柔性电子应变传感器中，需要对压阻效应做重点分析与研究，同时需要对压阻效传感器进行外部刺激，以此起到压阻传感器相关器件之间的电阻值转化效应以及电阻值电信号的输出效应。选择对压阻效应的有效分析与研究，主要是因为压阻传感器具备较高的应用效能，且结构相对而言较为简单，因此在可穿戴柔性电子应变传感器的整体设计与应用中占有较大的优势。在此，需要针对压阻传感器进行集成效能的输出数据分析和优化，以此来完成对可穿戴柔性电子应变传感器的有效设计。

例如：在对可穿戴柔性电子应变传感器的压阻效应进行研究与分析的过程中，需要针对以下几个因素做关键性的分析和解读。第一是需要对敏感元器件的几何结构变化做有效分析与解读；第二是需要对半导体能带隙的变化状况做有效的分析与解读；第三是需要对敏感元器件几何结构和半导体能带隙的变化状况进行材料之间的电阻变化效能设计与开发；第四是需要针对复合材料的应用对其中的中粒子间距变化做深入研究和分析。通过对上述四个板块的设计，能够提升压阻传感器在可穿戴柔性电子应变传感器的应用效能与应用质量，且能够有效地计算得出敏感材料的电阻率，以及电阻的具体应用数据。同时，还可以结合电阻率的常数值对电阻的变化状况占来体积的设计与研究。基于此，整个可穿戴柔性电子应变传感器的压阻效应灵敏度得到提升和发展，且能够将之用应变系数有效地表示出来。这对于可穿戴柔性电子应变传感器的不受应力材料的初始电阻值设计有一定的帮助，同时对于受应力的材料变量也能起到一定的支撑作用和保障效果。除此之外，在传统模式下的半导体电子应变传感器中，由于相关活性材料的应用成本和制作成本较低，所以在材料的拉伸变形能力方面只具备极小的空间，但是在应用了几何体变化特征的压阻传感器之后，这一数据将实现根本性的变化，且能够进一步提升活性材料的变形空间。在此，可以应用的材料有石墨烯材料、碳纳米材料、硅材料。

4 光学效应的研究与分析

在可穿戴柔性电子应变传感器的设计过程中，对光学效应的分析与研究能够提升相关器件的触感输入信号转换能力，且能够将光作为主要应用介质，实现对触感输入信号的有效控制和管理，进而实现电信号输出效能的发挥以及电信号输出频率的有效控制。这对于可穿戴柔性电子应变传感器的应用效能提升有着重要的帮助和支撑作用，同时对于光学效能的深入解读和分析也有着一定的帮助。

例如：在当前的大量计算机设备、智能手机设备以及平板电脑设备中，对于光学效应的应用非常普遍，光压传感器对电子设备器件的有效控制和管理实行了对传输介质的检测效能提升，且带动了电子设备的敏感度，实现了电子设备的柔性提升和光强度与光波长的发展。在现实环境中，若想实现可穿戴柔性电子应变传感器的有效设计，务必要将光压传感器融合带其中进行应用，通过对波导管的安装，实现发光二极管的有效工作，同时还需要对光电检测器件做有效设计，以此提升器件工作的灵敏度，促进器件工作和器件变形的能力。

5 其他效应的研究与分析

在可穿戴柔性电子应变传感器的设计中，除了需要对应用材料、压阻效应以及光电效应进行研究之外，还需要对其他相关效应展开深入分析和探索。如，设计到的重要效应有以下几点：第一是如何实现对基底材料聚二甲基硅氧烷的正确应用，实现对可穿戴柔性电子应变传感器设计的有效支撑；第二是如何实现对基地设备聚酰亚胺材料的应用，以此提升可穿戴柔性电子应变传感器工作的稳定性和可靠性；第三是如何实现对基底材料聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇脂的正确应用，以此实现可穿戴柔性电子应变传感器的可塑性和轻便型提升；第四是如何对活性材料中的碳纳米管基活性材料、石墨烯基活性材料和弹性符合结构活性材料做有效应用；第五是如何对电极材料中做有效应用并提升可穿戴柔性电子应变传感器的稳定性；第六是如何对可穿戴柔性电子应变传感器传感机理中的检测机理、触觉机理、电容效应机理、电压效应机理等做深入分析与研究。

6 器件集成与输出的状况

为了赋予可穿戴柔性电子应变传感器多功能测试的能力，我们在对其进行设计与研究的过程中务必要对器件中一些简单的、独立的敏感元件进行有机结合与搭配，以此来实现可穿戴柔性电子应变传感器的矩阵模式构建，这是单一制备对多种制备的有效保障，同时也是实现刺激信号对可穿戴柔性电子应变传感器正确响应的最佳方法。

例如：我们可将可穿戴柔性电子应变传感器表面用金纳米线修饰的棉纸夹在两片PDMS中间，然后再利用这种夹层结构制备可穿戴的压力传感，通过该方法的应用能够有效实现对压力和弯曲以及扭转性能的区别检测。但是，可穿戴柔性电子应变传感器的器件要区别不同类型和不同部位的输入信号仍有较高的难度，因此需要将可穿戴柔性电子应变传感器的特别模块做有效提取，然后针对不同模块展开针对性的数据信息分析与研读，只有这样才能保证可穿戴柔性电子应变传感器器件的集成能力和输出能力均衡。

7 结语

随着信息化时代的发展和社会科学技术的进步，当前社会对于可穿戴柔性电子应变传感器的应用非常普遍，且发展速度超乎了我们的现象。由于可穿戴柔性电子应变传感器相比较传统模式下的电子应变传感器具有更多的优势和更全面的应用功能，因此受到了人们的广泛青睐与认可，且由于可穿戴柔性电子应变传感器具备与人体力学和人体运动学相符合的需求，因此可穿戴柔性电子应变传感器的应用更加符合人在心理方面和生理方面的现实需求。