近年来,随着电子皮肤、可穿戴便携电子设备、智能机器人的发展,各种功能传感器逐渐成为国内外研究和应用的热点。目前,单功能性的传感器比如:温度传感器、压力传感器、视觉传感器等的研究已经取得优异的成绩,技术方案成熟,有大部分研究成果已经实现了商品化。但是,单功能性的传感器往往只能实现一种功能,应用范围很窄,难以满足现代电子设备对传感器多维性、多功能性、轻便易携带的要求。因此,本文提出了一种在大面积阵列化的薄膜场效应晶体管(thin film transistor,TFT)和柔性印刷电路板(flexible printed circuit,FPC)基底上制备的基于聚左旋乳酸(poly-l-lactic acid,PLLA)与聚偏氟乙烯-三氟乙烯(polyvinylidene fluoridetrifluoroethylene,PVDF-TrFE)薄膜的压电/热释电/电容多维传感器,实现了动态三维力、温度变化、准静态力的探测。其中电容传感可以实现准静态力的高精度可视化表征(理论分辨率50μm)赋予多维传感器视觉感知。此多功能传感器极大地扩大了传感器的使用范围。具体的研究工作如下。首先,本文从敏感材料出发,分析了压电/热释电薄膜的优越性,详细阐述了其压电效应、热释电效应。利用有限元分析软件COMSOL Multiphysics仿真模拟了不同结构的多维传感器对压力的响应、温度的响应以及压力和温度共同作用下的响应。通过分析发现:1.多维传感器的压电信号随压电薄膜厚度呈正比例增加,但是随着薄膜厚度的增加,压电信号的增大程度?V逐渐减小。所以在制备压电薄膜的过程中,在工艺允许范围内,应该尽可能的将薄膜厚度增大,从而提高压电薄膜的灵敏度;2.在多维传感器结构不变的情况下,压电薄膜产生的信号与Z方向施加的压力载荷成正比例关系,并且对外界的刺激灵敏度很高,0.01 N的力产生的压电信号为0.3069 V;3.通过将传感器表面设置为不同的温度,可以看出铁电薄膜温度变化率越大,产生的电压越大,温升15℃,产生0.1536 V信号。通过以上有限元分析为多维传感器的制备以及理论分析奠定了基础。其次,本文对基于PVDF-TrFE的压电/热释电传感器,基于PLLA的压电/电容传感器,以及将其结合起来的多维传感器的结构设计及其制备工艺进行了详细的研究。其中:1.通过刮刀涂布法制备了成膜效果良好的压电薄膜;2.利用极化工艺对其中的PVDF-TrFE压电薄膜进行原位极化,将其压电系数从1~2 pC/N提高到了28 pC/N,极大的提高了多维传感器对动态力探测的灵敏度。最后,本文搭建了多维传感信号的检测平台,重点展示了多维传感器的传感能力,分析了外部物理信号与系统的电输出信号之间的关系,主要包括不同压力刺激、不同温度、以及不同轮廓物体接触时多维传感器的信号响应。其中:1.多维传感器产生的压电信号与外界动态力大小成正比,并可对力的作用方向及作用力的位置进行识别;2.多维传感器产生的热释电信号与薄膜的温度变化率成正比,且在温度降低和升高时产生的热释电信号方向相反,因此可以准确判断温度的变化;3.多维传感器对质量非常小的蝉翼的纹理可以实现精度的识别以及可视化表征。通过以上这些研究证明了此多维传感器的传感性能良好,可以实现皮肤对外界刺激、温度、以及接触物体轮廓的感知。在电子皮肤领域具有巨大的应用发展潜力,应用面很广。