PVDF薄膜在三维触觉/热觉传感器中的应用研究

"这篇硕士论文主要探讨了基于PVDF（聚偏氟乙烯）的三维触觉/热觉传感器的设计与仿真，旨在解决现有触觉传感器在柔韧性和多维感知上的局限，以满足智能机器人领域的需求。论文首先分析了触觉传感器的研究进展，对比了不同类型的触觉传感器的工作原理、性能和优缺点，特别强调了压电效应在触觉/热觉传感器中的应用潜力。接着，深入研究了PVDF压电薄膜作为敏感材料的特性，包括其传感原理和测量电路，并通过ANSYS软件进行了仿真，探讨了不同形状的PVDF薄膜对灵敏度的影响。此外，论文还详细讨论了热释电效应，特别是PVDF薄膜的热释电传感机制，为热觉传感部分提供了理论支持。" 在该论文中，作者谢娜在仪器科学与技术专业，由秦岚教授指导，探讨了智能机器人领域至关重要的触觉传感器技术。当前的触觉传感器虽然在法向力检测上取得进步，但其单一功能和刚性限制了应用。因此，论文提出了一种结合触觉和热觉的三维传感器设计，利用PVDF薄膜的压电和热释电特性。 热释电效应是一种特殊的现象，当温度变化时，特定晶体（如PVDF）的原子排列会发生调整，导致晶体的自然极化，进而在其表面产生电荷。这种现象在没有对称中心的晶体中尤为明显，因为温度变化会导致晶体各向同性膨胀，只有具有独特极轴的晶体才能表现出热释电性。热释电效应可以分为三类：恒应变热释电效应（保持外形和体积不变）、外观热释电效应（无机械夹持，晶体自由膨胀）和假热释电效应（非均匀加热或冷却产生的应力梯度导致的电极化）。 PVDF作为一种压电材料，其薄膜在压力下会产生电荷，可用于触觉感知；同时，由于其热释电性质，可以感知温度变化，适用于热觉传感。论文通过ANSYS仿真研究了不同形状的PVDF薄膜对传感器灵敏度的影响，为实际传感器设计提供了依据。通过这种方式，作者尝试创建一个既可以感知压力又能检测温度的多维度传感器，以拓宽触觉传感器的应用领域，尤其在智能机器人技术中的应用。