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非晶碳基薄膜压阻行为及器件集成研究

非晶碳,压阻特性,器件集成及性能

非晶碳兼具高压阻敏感性、耐腐蚀和抗刮擦等，且可集成MEMS及柔性传感器，作为一类新型压阻敏感材料应用潜力巨大。但由于非晶碳体系多样，键态复杂，相关压阻机理不明；同时器件结构与其性能影响规律研究不足，制约了高性能非晶碳压阻材料及传感器的应用。基于优化PVD技术，实现系列非晶碳在石英、氧化硅、氧化铝等基体上的可控制备，压阻系数（GF）在2~32可调；揭示无氢非晶碳体系高sp²含量及大sp²团簇尺寸导致低GF，压阻行为符合“厚膜电阻”模型；集成了非晶碳MEMS力传感器，灵敏度达80.7 μV/V/N，非线性度为1.3% FS，实现N₂气压0-1 MPa范围检测，循环次数大于5000次；集成了非晶碳/PDMS柔性传感器，兼具高敏感（GF达746）与大测量范围（稳定工作应变ε达50%），失效ε达100%，已实现对心跳，头部转动，吞咽等人体活动的监测，循环次数大于5000次。