Khảo sát tác động của nhiệt độ tới cảm biến áp lực hữu cơ sử dụng vật liệu polyme

ảm biến. Trong 
đó, cảm biến tạo được đặt trên thiết bị gia nhiệt SCILOGEX MS-H280-Pro. Thiết bị gia 
nhiệt có chức năng làm nóng và duy trì nhiệt độ của cảm biến ở các nhiệt độ cần khảo sát. 
Thiết bị nén thủy lực UH-500 kNI làm việc ở chế độ bán tự động, tốc độ hành trình 1 
mm/phút, được sử dụng để tạo lực nén tác dụng lên cảm biến trong quá trình thí nghiệm. 
Điện dung cảm biến trong quá trình thử được giám sát bởi thiết bị HIOKI 3522-50 ở chế 
độ xoay chiều, tần số 100 Hz - phù hợp với cảm biến hữu cơ có tần số đáp ứng thấp [19]. 
Nén
Nhả
Thiết bị gia nhiệt Thiết bị nén thủy lực Máy đo điện dung
Hình 5. Thí nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ 
tới cảm biến áp lực hữu cơ. 
Khi đó, sơ đồ mạch đo tương đương của cảm biến khi đo bằng máy đo điện dung 
HIOKI 3522-50 được thể hiện trên sơ đồ hình 6. 
Cảm biến
Xử lý tín hiệu
Hình 6. Sơ đồ mạch đo tương đương. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 379
Theo sơ đồ hình 6, khi cầu đo cân bằng ta có mối quan hệ: ens 1 3 2/ /S orZ Z Z Z hay 
ens 3 2 1( / )S orZ Z Z Z . Vì vậy, giá trị điện dung cảm biến được thông qua các giá trị trở 
kháng phức Z1, Z2, Z3 đã biết. Thực tế các giá trị này được số hóa, tính toán tại khối xử lý tín 
hiệu (signal processing) và hiển thị. Quá trình này được thực hiện tự động bởi thiết bị đo 
HIOKI 3522-50, bởi các thiết lập phép đo. 
3.2. Kết quả 
Sau khi hoàn thành thử nghiệm, các đồ thị đặc tính cảm biến tại các nhiệt độ thử 
nghiệm được thể hiện trên hình 7a. Có thể thấy được từ hình vẽ, các đồ thị đặc tính của 
cảm biến tăng dần đều theo giá trị nhiệt độ. Cụ thể đường đặc tính cảm biến ở 25 C thấp 
nhất với điểm đầu đặc tuyến ở giá trị khoảng 0,072 pF/mm2, đặc tuyến tăng nhanh ứng với 
giá trị áp lực trong khoảng (0-0,02) N/mm2, sau đó tăng chậm rồi có xu hướng bão hòa ở 
giá trị 0,16 pF/mm2. Các đặc tính nhiệt độ còn lại ở 40 C, 50 C, 70 C sắp xếp khá đều 
trên đường đặc tính 25 C theo khoảng gia tăng của nhiệt độ. Trong đó đường đặc tính 
cảm biến ở 70 C nằm cao nhất với điểm đầu đặc tuyến ở giá trị khoảng 0,082 pF/mm2, 
đặc tuyến tăng nhanh ứng với giá trị áp lực trong khoảng (0-0,003) N/mm2, sau đó tăng 
chậm rồi có xu hướng bão hòa ở giá trị 0,172 pF/mm2. Cùng với đó, các đặc tính ở nhiệt 
độ cao hơn có xu hướng tiến tới giá trị bão hòa nhanh hơn, tức là khoảng làm việc của cảm 
biến cũng bị thu nhỏ lại. 
(a) (b)
20 30 40 50 60 70
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
0,26
§
é 
nh
¹y
 (
kP
a-
1 )
NhiÖt ®é (OC)
 P = 0,003 N/mm2
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08
0,063
0,078
0,094
0,109
0,125
0,141
0,156
0,172
0,188
§
iÖ
n 
du
ng
 (
pF
/m
m
2 )
Á p lùc (N/mm2)
 25 C
 40 °C
 50 °C
 70 °C
Hình 7. Sự phụ thuộc của (a) đặc tính cảm biến và (b) độ nhạy theo nhiệt độ. 
Cũng theo hình 7a, ta có thể nhận thấy, đặc tính của cảm biến có thể được chia thành 
hai đoạn khá tách biệt: phần đầu đặc tuyến có độ dốc cao ứng với giá trị áp lực từ 0 tới 
khoảng 0,01 N/mm2 có thể phát triển các ứng dụng ứng với lực tác dụng lên tới 20 N; phần 
còn lại của đặc tuyến có độ dốc nhỏ hơn ứng với áp lực lớn hơn 0,01 N/mm2 có thể phát 
triển các ứng dụng với lực tác dụng trong khoảng 20 N tới 500 N. 
Cùng với đặc tính theo nhiệt độ của cảm biến, tham số độ nhạy cũng thay đổi theo 
nhiệt độ như được thể hiện trên hình 7b. Xét tại giá trị áp lực P = 0,03 N/mm2, độ nhạy 
cảm biến ở 25 C nhỏ nhất với giá trị 0,145 kPa-1, độ nhạy ở các nhiệt độ 40 C, 50 C, 70 
C tăng dần tương ứng với các giá trị 0,159 kPa-1, 0,218 kPa-1, 0,245 kPa-1. 
4. KẾT LUẬN 
Trong bài báo này, chúng tôi đã trình bày phương pháp chế tạo cảm biến áp lực hữu cơ 
sử dụng vật liệu Polyme, đồng thời đánh giá sự ảnh hưởng của tham số nhiệt độ tới cảm 
biến. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng, cảm biến áp lực hữu cơ chế tạo từ vật liệu 
Polyurethane có hệ số ảnh hưởng nhiệt độ dương. Tương tự như cảm biến áp lực bằng vật 
liệu PVDF [20], đặc tính đầu ra cảm biến tăng tương đối đều theo nhiệt độ làm việc. Tuy 
Đo lường – Tin học 
 K. Đ. Chiến, , Đ. T. Toản, “Khảo sát tác động của nhiệt độ  sử dụng vật liệu polyme.” 380
nhiên, mỗi cảm biến có các đặc tuyến phụ thuộc nhiệt độ riêng vì vậy khảo sát các đặc tuyến 
nhiệt độ với các vật liệu khác nhau là rất cần thiết để thực hiện các giải pháp bù nhiệt cho 
các mạch giao tiếp cảm biến. Hiện nay chúng tôi đang tiếp tục nghiên cứu khảo sát đối với 
các cảm biến có độ dày khác nhau cũng như phát triển các ứng dụng cho cảm biến. 
Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ 
Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 103.02-2017.34. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Y. Y. Lin, D. I. Gundlach, S. F. Nelson, and T. N. Jackson, "Pentacene-based 
organic thin-film transistors," IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 44 
(1997), pp. 1325-1331. 
[2]. B. Crone et al., "Large-scale complementary integrated circuits based on organic 
transistors," Nature, Vol. 403 (2000), pp. 521-523. 
[3]. C. Sekine, Y. Tsubata, T. Yamada, M. Kitano, and S. Doi, "Recent progress of high 
performance polymer OLED and OPV materials for organic printed electronics," 
Science and Technology of Advanced Materials, (2016). 
[4]. T. Sekitani and T. Someya, "Stretchable organic integrated circuits for large-area 
electronic skin surfaces," MRS Bulletin, Vol. 37, No. 03 (2012), pp. 236-245. 
[5]. OE-A, “OE-A Roadmap for Organic and Printed Electronics,” (2016). 
[6]. O. Marinov, M. J. Deen, U. Zschieschang, and H. Klauk, "Organic thin-film 
transistors: Part I—Compact DC modeling," IEEE Transactions on Electron 
Devices, Vol. 56 (2009), pp. 2952-2961. 
[7]. M. Estrada et al., "Accurate modeling and parameter extraction method for organic 
TFTs," Solid-state electronics, Vol. 49 (2005), pp. 1009-1016. 
[8]. C. Kim, Y. Bonnassieux, and G. Horowitz, "Compact DC modeling of organic field-
effect transistors: Review and perspectives," IEEE Transactions on Electron Devices, 
Vol. 61 (2014), pp. 278-287. 
[9]. L. D. Hung, N. D. N. Tam, B. T. Tu, "Parameter Extraction for EKV 2.6 MOSFET 
Model Based on Genetic Algorithm", Journal of Science and Technology, Vietnam 
Academy of Science and Technology, Vol. 52 (2014), pp. 46-56. 
[10]. T. T Ho, H. T. Pham, H. Sakai, T. T. Dao, "Fabrication and SPICE Modeling of a 
Low-voltage Organic Thin-film Transistor with PVC gate dielectric", Proc. of 3rd 
International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (ICAMN), 
Hanoi (2016), pp. 308-311. 
[11]. H. T. Pham, T. V. Nguyen, L. Pham-Nguyen, H. Sakai, and T. T. Dao, "Design and 
Simulation of a 6-Bit Successive-Approximation ADC Using Modeled Organic Thin-
Film Transistors," Active and Passive Electronic Components, Vol. 2016, (2016). 
[12]. Synopsys, "HSPICE - Reference Manual: MOSFET Models," Synopsys, Technical 
report (2012). 
[13]. K. Kuribara et al., "Organic transistors with high thermal stability for medical 
applications," Nature Communications, Vol. 3 (2013), pp.723. 
[14]. P. Wobkenberg et al., "Low-voltage organic transistor based on solution processed 
semiconductos and self-assemble monolayer gate dielectrics," Applied Physics 
Letter, Vol. 93 (2008), pp. 13303. 
[15]. S. Kim et al., "Ink-jet-printed organic thin-film transistors for low-voltage-driven 
CMOS circuits with solution-processed AlOx gate insulator," IEEE Electron Device 
Letter, Vol. 34 (2013), pp.307–309. 
[16]. X. -H. Zhang, S. P. Tiwari, S.-J. Kim, and B. Kippelen, "Low-voltage pentacene 
organic field-effect transistors with high-K HfO2 gate dielectrics and high stability 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san FEE, 08 - 2018 381
under bias stress," Applied Physics Letter, Vol. 95 (2009), pp. 223302. 
[17]. L. Feng et al., "Unencapsulated air-stable organic field effect transistor by all 
solution processes for low power vapor sensing," Science Report, Vol.6 (2016), pp. 
20671. 
[18]. Khổng Đức Chiến, Hoàng Văn Phúc, Đào Thanh Toản, “Chế tạo cảm biến áp lực hữu 
cơ sử dụng vật liệu Polyme, ứng dụng trong tự động theo dõi sức khỏe công trình xây 
dựng”, Tạp chí nghiên cứu khoa học và Công nghệ quân sự, chấp nhận đăng 07/2018; 
[19]. Toan Thanh Dao "Capacitance-voltage measurement and analysis of organic MIS 
capacitor nonvolatile memory", Journal of Military Science and Technology, Vol 49, 
pp.61-67, 2017 
[20]. Shirinov, A. V., and W. K. Schomburg. "Pressure sensor from a PVDF 
film." Sensors and Actuators A: Physical 142.1 (2008), pp.48-55. 
ABSTRACT 
INVESTIGATION OF TEMPERATURE DEPENDENCE OF 
PRESSURE SENSOR USING POLYMER MATERIAL 
Organic pressure sensors are receiving lots of research attention because of its 
outstanding benefits comparing with non-organic pressure sensors that includes 
mechanical flexibility, easily fabrication, reusable and low-cost. In our previous 
research, we presented a low-cost, easy method to fabricate pressure sensor using 
polymer material. In this paper, we summarized the synthesis process and 
investigated the influence of thermal on output characteristic of sensors. 
Experimental results indicate that output signal of the TPU pressure sensor is a 
strong function of temperature. Therefore, a temperature compensation of the 
output signal is important and needs to take into consideration while designing 
sensor applications. 
Keywords: Pressure sensor, Flexible electronics, Temperature dependence. 
Nhận bài ngày 01 tháng 7 năm 2018 
Hoàn thiện ngày 10 tháng 9 năm 2018 
Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 9 năm 2018 
Địa chỉ: 1Khoa Vô tuyến Điện tử, Học viện Kỹ thuật quân sự; 
 2Trung tâm Giám định Chất lượng, Cục Tiêu chuẩn-Đo lường-Chất lượng; 
 3Khoa Điện tử, Đại học Công nghiệp Hà Nội; 
 4Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Giao thông Vận tải; 
 5Trung tâm nghiên cứu và Phát triển Việt-Nhật (ViJARD), Trường Đại học Giao thông 
Vận tải. 
 * Email: kchien.tdc@gmail.com; daotoan@utc.edu.vn.