在此特定应用中，实验室压机的主要功能是将松散的微粒转化为刚性、定义的几何形状。在制造柔性电容传感器牺牲模板的背景下，压机将氯化钠 (NaCl) 颗粒压制成模具。这种机械压缩对于在添加电介质材料 (PDMS) 之前实现特定厚度和足够高的结构完整性至关重要。
实验室压机充当传感器几何形状的最终控制机制，将松散的盐转化为稳定的支架，该支架决定了多孔电介质层的最终厚度和均匀性。
模板形成的机械原理
要理解实验室压机的作用，您必须了解牺牲模板方法的要求。目标是创建一个多孔橡胶层，这需要一个由盐制成的固体“负”模具，该模具以后可以被冲洗掉。
微粒压实
该过程始于松散的氯化钠 (NaCl) 微粒。没有压力，这些颗粒是不稳定的、无定形的。
实验室压机在模具内对这些颗粒施加受控力。这迫使颗粒相互锁定，将一堆粉末转化为一个粘合的、固体的圆盘。
实现预定厚度
在电容传感中，电极之间的距离是一个关键变量。电介质层必须具有精确、均匀的厚度。
实验室压机确保牺牲模板实现此预定厚度。通过将盐压缩到特定的停止点或压力水平，压机消除了手动填充可能出现的偏差。
确保结构完整性
盐模板必须能够承受制造的下一步：浇注（浸润）PDMS预聚物。
如果模板太松散，液体聚合物会取代盐颗粒，破坏结构。压机提供了模板在浸润过程中保持其形状所需的物理基础和刚性。
理解权衡
虽然实验室压机对于一致性至关重要，但您施加压力的方式涉及关键的权衡。
压力与渗透性
在压实模板时需要取得平衡。
如果压力太低，模板将缺乏结构完整性。它在从模具中取出时可能会碎裂，或者在聚合物倒在其上时会变形。
然而，如果压力过高，盐颗粒可能会被压碎成一个没有间隙的实心块。这会阻止 PDMS 预聚物渗透到空隙中，导致电介质层失效。
为您的目标做出正确选择
实验室压机允许您调整牺牲模板的机械性能，以匹配您的特定传感器要求。
- 如果您的主要重点是尺寸精度：将压机校准到物理停止点，以确保每批盐模板的厚度完全相同，从而确保一致的基线电容。
- 如果您的主要重点是结构稳定性：稍微增加压实压力，以确保盐块足够坚固，能够承受手动操作和倒聚物而不会碎裂。
受控压缩是区分一堆松散的盐和一个精密制造的传感器组件的关键。
摘要表：
| 工艺阶段 | 实验室压机的作用 | 对传感器质量的影响 |
|---|---|---|
| 颗粒压实 | 将松散的 NaCl 转化为刚性的、相互锁定的圆盘 | 确保聚合物浸润过程中的结构完整性 |
| 厚度控制 | 施加精确力以达到预定尺寸 | 保证均匀的电介质厚度和基线电容 |
| 结构稳定性 | 创建抵抗变形的粘合支架 | 防止添加液体 PDMS 时颗粒位移 |
| 孔隙度调整 | 平衡压缩力与间隙空间 | 控制传感器的最终渗透率和灵敏度 |
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参考文献
- Yibin Zhao, Bin Sheng. Highly Sensitive and Flexible Capacitive Pressure Sensors Combined with Porous Structure and Hole Array Using Sacrificial Templates and Laser Ablation. DOI: 10.3390/polym16162369
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
