引入多孔结构和微柱阵列是为了从根本上改变介电层的机械性能。通过在材料中创建空隙空间，制造商显著降低了其“有效”杨氏模量，使得传感器在施加力时更容易发生物理形变。
改变介电层的物理结构可以将刚性材料转变为高度响应的传感器元件。这种结构工程是实现精确医疗诊断和步态分析所需的高灵敏度和快速响应时间的关键。
工程材料刚度
降低有效杨氏模量
引入微结构的主要技术目标是降低介电材料的有效杨氏模量。
实心介电材料块天生坚硬且抗压缩。通过引入孔隙或柱，实际上是移除了材料并用空气取而代之，这使得结构在较小的力下就能被压缩。
增强形变敏感性
电容式传感器通过测量两个电极之间距离的变化来工作。
由于微结构层更柔软，它更容易形变。这使得在给定压力下电容变化更大，直接转化为更强、更清晰的信号。
增强传感器性能
低压范围内的精度
标准的实心电介质可能无法检测到轻微的触碰或细微的重量转移。
微柱结构带来的结构顺应性使得传感器即使在低压范围内也能精确捕获数据。这确保了传感器不会“忽略”对详细分析至关重要的微弱输入。
提高响应速度
除了简单的灵敏度，这些结构修改还提高了传感器的时域性能。
工程化的层能够实现更快的响应速度，使传感器几乎能够即时响应压力的动态变化。这对于无法容忍延迟的实时监测应用至关重要。
关键的医疗影响
分析步态特征
增强的灵敏度不仅仅是为了理论性能；它对于捕获细微的步态特征至关重要。
准确的步态分析需要检测足部与地面接触方式的微小波动。高度响应的传感器可以映射这些细微差别，提供比刚性传感器更平滑或完全遗漏的数据。
预防糖尿病并发症
主要参考资料强调了这项技术对于医疗预防保健的特殊重要性。
对于有糖尿病足并发症风险的患者，检测早期压力点对于预防溃疡至关重要。测量低压相互作用的能力可以实现早期干预并改善患者预后。
理解权衡
制造复杂性
虽然性能有所提高，但引入微柱或均匀的孔隙增加了制造过程的复杂性。
创建这些结构需要精确的工程控制，而这对于标准的实心介电片材来说是不必要的。这可能会影响生产的可扩展性和成本。
结构完整性与灵敏度
灵敏度和耐用性之间存在固有的平衡。
通过降低有效杨氏模量，您使材料变得更柔软。虽然这对于灵敏度是必要的，但需要仔细设计以确保材料在重复的重载循环下不会过快疲劳或降解。
为您的目标做出正确选择
要确定微结构介电材料是否对您的应用是必需的，请考虑您的具体数据要求：
- 如果您的主要重点是医疗诊断（例如，糖尿病）：您必须优先考虑微结构，以确保在造成伤害之前检测危险压力点所需的高灵敏度。
- 如果您的主要重点是动态步态分析：您需要这些结构提供的快速响应速度来捕获实时的、细微的运动变化。
通过在微观层面工程化介电层，您就弥合了被动材料和救命诊断工具之间的差距。
总结表：
| 特性 | 实心介电层 | 微结构介电层 |
|---|---|---|
| 有效刚度 | 高（刚性） | 低（顺应性） |
| 灵敏度 | 较低（需要高力） | 较高（捕获低压） |
| 响应速度 | 较慢 | 更快/实时 |
| 形变类型 | 最小压缩 | 对力高度敏感 |
| 主要用例 | 基本载荷检测 | 医疗诊断与步态分析 |
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参考文献
- Ting Xu, Jian Fang. Research progress of the plantar pressure monitoring system for gait analysis. DOI: 10.1360/tb-2023-0591
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .