一、电容式压力传感器的制备背景

  《 中国电容行业发展分析及未来前景展望报告2025-2031年》指出，柔性电容式压力传感器在智能穿戴、健康监测和人机交互等领域具有重要的应用价值。然而，其性能仍受限于界面电学特性和结构设计。为了克服这些限制，研究者们致力于开发新型材料和结构设计，以提高传感器的灵敏度、响应速度和稳定性。本文通过针刺-热熔工艺构建三维纤维网介电层基材，并利用低温等离子体对其进行表面改性，进一步在其表面修饰离子液体，设计了一种基于离子液体修饰的三维纤维网电容式压力传感器。

 

  二、电容式压力传感器的制备方法

  (一)三维纤维网的制备

 

  三维纤维网的制备基于针刺-热熔工艺。将ES纤维与PET纤维按5:95的比例混合，经过针刺处理和热熔定型工艺，最终获得具有三维立体结构的非织造纤维网材料。这种材料具有良好的柔韧性和弹性，为后续的传感器制备提供了基础。

 

  (二)离子液体修饰介电层的制备

 

  将三维纤维网置于5% NaOH溶液中进行碱处理，随后进行低温等离子体处理，以增强纤维表面的活性。处理后的纤维网浸渍于离子液体中，控制离子液体的质量分数为25%，最终得到修饰后的介电层。这一过程显著提升了介电层对离子液体的吸附能力，从而增强了传感器的电容响应性能。

 

  (三)电容式传感器的组装

 

  将制备好的介电层与铜箔电极裁剪成1.5 cm×1.5 cm的尺寸，并按照特定方式组装，最后用医用胶带固定，制得离子液体修饰的电容式压力传感器。通过对比不同处理方式的样品，评估了离子液体和等离子体处理对传感器性能的影响。

 

  三、电容式压力传感器的性能评估

  (一)微观结构与元素分布

 

  通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)，观察到离子液体修饰后的纤维网表面更加致密，且均匀分布有大量F、S、C元素，证实了离子液体的成功负载。这一结构为后续的电双层效应提供了保障。

 

  (二)电容响应特性

 

  实验结果表明，该传感器具有高灵敏度1.83 kPa⁻¹，相比未经等离子体处理的传感器高出5.4倍，比未修饰离子液体的传感器高出20.3倍。同时，传感器具有快速的响应/恢复速度(分别为170 ms和110 ms)，宽检测范围(0-255.92 kPa)，以及优异的循环稳定性。在实际应用中，该传感器能够有效检测人体吞咽、按压、抓握等细微动作信号，展现出在健康监测、人机交互等领域的广阔应用前景。

 

  (三)动态响应与稳定性

 

  传感器在5 kPa压力下的电容响应测试表明，其能够对外界压力变化做出清晰、稳定的响应。在15 kPa压力下，传感器的响应时间为170 ms，恢复时间为110 ms，表现出快速的动态响应能力。此外，在25 kPa恒定压力下进行2000次循环耐久性测试后，传感器的电容响应仍保持高度稳定，未出现明显的性能衰减或信号漂移。

 

  四、电容式压力传感器的应用前景

  (一)人体活动监测

 

  将传感器固定于手指、手腕、喉部等人体不同部位，监测并分析其在各种动作状态下的电容响应特性。结果表明，传感器能够准确反映人体的细微动作，如吞咽、鼓气、手肘弯曲和握拳等，展现出良好的稳定性和高灵敏度。

 

  (二)摩斯密码信号传输

 

  电容行业现状分析指出，通过手指的短时点击与长时间按压，传感器能够产生不同幅值和持续时间的电容响应，从而实现摩斯密码信号的输入与传输。实验结果表明，传感器能够精准输出对应的摩斯密码编码，展现出在信息传输应用中的高准确性和优异的响应性能。

 

  五、总结

  本文成功制备了一种基于离子液体修饰三维纤维网的电容式压力传感器。该传感器具有宽检测范围(0-255.92 kPa)和高灵敏度(1.83 kPa⁻¹)，同时展现出快速的动态响应特性和优异的循环稳定性。在人体活动监测和摩斯密码信号传输等实际应用中，传感器表现出良好的稳定性和高灵敏度，展现出在健康监测、人机交互等智能感知领域的广阔应用潜力。随着技术的不断进步，离子液体修饰的电容式压力传感器有望在更多领域得到广泛应用，为智能穿戴和健康监测技术的发展提供有力支持。