PDMS传感单元

界面摩擦生电

研究电极与PDMS界面在机械载荷下的机电响应，揭示摩擦与损伤对电压输出的影响机制，为优化聚合物传感单元设计提供依据。

常孟周 · Lulu, Li · 75767492 · 郭凯 · 唐恩凌

Tribology International 2025

具体参数

切向加载电压第一极值

{'zh': '-200∼+200', 'en': '-200∼+200'} mV

切向加载电压第二极值

{'zh': '60–1100', 'en': '60–1100'} mV

摩擦诱导电压

{'zh': '-200∼-2700', 'en': '-200∼-2700'} mV

界面损伤诱导电压

{'zh': '4424.63 ± 433.12', 'en': '4424.63 ± 433.12'} V·m⁻²

挠曲电系数

{'zh': '10−11∼10−10', 'en': '10−11∼10−10'} C·m⁻¹

技术优势

统一模型

极化模型同时考虑挠曲电效应、界面损伤和摩擦效应，可定量解释不同载荷下的电压响应。

区分贡献

切向加载电压第一极值主要由挠曲电效应贡献，第二极值由界面损伤贡献，法向加载电压由界面损伤生成，摩擦诱导电压与相对摩擦距离和有效接触面积相关。

确定系数

挠曲电系数为10⁻¹¹~10⁻¹⁰ C·m⁻¹，界面损伤诱导电压为4424.63 ± 433.12 V·m⁻²，摩擦诱导电压符合17.54 + 391.43 Lc 关系。

应用场景

• 可穿戴传感：利用摩擦诱导电压感知皮肤与设备间的机械交互，无需外部电源。
• 生化传感：界面损伤引起的电压变化可作为生物分子结合的敏感信号。
• 柔性电子：理解电极/聚合物界面在变形下的机电响应，指导柔性器件界面设计。
• 纳米发电机：摩擦诱导电压可达-200~-2700 mV，可直接用于能量收集。
• 微流控传感器：切向加载电压随界面面积和速度增大，适用于流动状态监测。