在传统的三明治结构（图1a）中，上电极层需要具备较高的杨氏模量，才能承受丝网印刷银浆、各向异性导电膜（ACF）键合等工序的温度，形成细分辨率、高可靠的互连；然而高模量上电极在受压时形变会沿面内扩散，把局部力传递给相邻像素，造成串扰。本文提出的顶电极结构（图1b）由两层构成：其一是高杨氏模量的图案化层，其二是覆盖其上的低模量封装薄膜。高模量图案化层承担"可靠互连"的职责——它能承受较高的工艺温度，便于制作精细电极与高密度连接；低模量封装层仅用于保护图案化层，并凭借其柔软特性，将受压像素的局部机械形变限制在自身范围内，减少对周边像素的牵连。两者分工明确：互连可靠性与形变隔离不再由同一材料层同时承担，从而绕开了前述矛盾。
图1｜传统与所设计传感阵列受压变形截面示意。（a）传统结构中高模量上电极受压后形变向相邻像素扩散；（b）所设计结构以高模量图案化层承担互连、低模量封装层隔离形变，局部受压的牵连范围显著收窄。
低模量封装薄膜采用刮涂（bar coating）工艺将两层低模量弹性体叠加工成：先涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS，Sylgard 184）层，再在其上涂覆 Ecoflex 硅胶弹性体（0030）。PDMS 层便于从覆有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的玻璃基板上剥离；薄膜厚度通过贴在玻璃基板两侧的 PI 胶带层数控制。PDMS 预聚体与固化剂按 10:1 配比涂布，刮刀移动速度 2 mm/s，随后在 100 ℃ 退火 30 min；Ecoflex 涂层后于 100 ℃ 退火 10 min，最后从 PVP 表面直接剥离。作者对不同厚度的 PDMS 及 PDMS/Ecoflex 复合膜进行拉伸测试，结果表明薄膜越薄、杨氏模量越低，其拉伸力越小；结合更低模量的 Ecoflex，100 μm 厚的 PDMS/Ecoflex 双层膜呈现最小的拉伸力，因而被选作阵列的封装层。值得注意的是，电容式压力传感的基础是平行板电容关系，其电容随介电层厚度与面积的变化可表述为式（1）。
图2｜封装薄膜拉伸测试装置与力-应变关系。（a）实时拉伸力测量装置示意；（b）不同厚度 PDMS 与 PDMS/Ecoflex 复合膜的拉伸力-应变曲线，100 μm PDMS/Ecoflex 双层膜拉伸力最小，最利于抑制形变扩散。
在上述设计基础上，作者构建了 10×10 矩阵寻址柔性电容压力传感系统（图3）。底层电极与连线在 50 μm 厚的 PI 基板上通过丝网印刷银浆（HS-200MS-2F）形成，并于 140 ℃ 退火 20 min。顶层带有方形像素电极与窄连线的 PI 条带通过激光切割（VLS3.50）获得；方形电极便于激光工艺成型，并可提供足够大的电容值供读出电路检测。出于工艺需要，同一行的像素电极在物理上相互连通，这不同于图1b 的理想结构，会使局部形变沿行向有一定扩散，因此应把行间连线宽度降到最低——受激光图案化精度限制，连线宽度为 1 mm。顶电极通过各向异性导电膜（ACF，AC-7813KM-25）与底层 PI 基板上的引线键合，键合温度、压力与时间分别设为 220 ℃、1 MPa、40 s，故需要高模量的 PI 层来承受该高温；底层与顶层电极之间插入 2 mm 厚、含高密度空气微孔的多孔 PDMS 薄膜作为压敏层。最终像素面积为 6 mm×6 mm，其中传感电极面积为 4 mm×4 mm，形成 10×10 阵列。作为对照，作者用连续 PI 上电极层的传统结构制备了同分辨率阵列。
图3｜带图案化顶电极与可拉伸封装膜的阵列制备流程。底层银浆电极与引线经丝网印刷与退火成型；顶层 PI 条带经激光切割获得方形像素电极；多孔 PDMS 压敏层夹于上下电极之间，最后 laminate 低模量 PDMS/Ecoflex 封装膜完成 10×10 阵列。
为定量评估像素间串扰，作者定义了如式（2）所示的串扰评价指标 Ec：其分子为相邻像素电容变化量的标准差 σ 与受压像素电容变化 Cpre 之比，分母为相邻像素面积 Ssur 与受压像素面积 Spre 之比，用以消除像素面积差异带来的偏置，数值越低表示串扰越弱。借助 COMSOL 对 3×3 阵列在中心像素施加 0.1 N 载荷进行三维有限元仿真，比较传统结构与所设计结构：仿真结果清晰显示，所设计结构对串扰的抑制更优、对施加压力的测量更准确；且当封装膜更薄、杨氏模量更低时，抑制效果进一步增强。这说明通过封装层的厚度与模量调控，可以在不牺牲互连可靠性的前提下主动优化串扰性能。
对制备的 10×10 阵列实测进一步验证了设计。在相同的受压区域施加不同压力（以不同配重经 3D 打印 ABS 柱加载），所设计结构的电容变化 ΔC 显著高于传统结构；采用 PDMS/Ecoflex 封装膜后 ΔC 进一步提升，与仿真结论一致。四点压力测试采用 3D 打印的四足 ABS 结构、顶部放置 100 g 配重，所设计阵列的响应与四个压力点的位置高度吻合，且响应更"尖锐"，表明串扰得到良好抑制；测试同时显示，由于同行像素由连线物理连通，所设计结构沿行向的串扰略高于列向，提示连线形态是后续优化的重点。
图4｜四点压力测试下传统与所设计阵列的电容响应。（a）传统结构响应；（b）所设计结构（100 μm PDMS/Ecoflex 封装）响应；所设计结构的四个受压点响应更尖锐、邻域牵连更小，串扰抑制明显。
为读出阵列的电容变化，作者设计了数据采集（DAQ）电路板：两块高分辨率电容-数字转换器（CDC，AD7142）采集阵列电容并转为数字电压，微控制器（MCU，STM32F0）经串行外设接口（SPI）接收数据，并通过蓝牙模块（BC-04-B）上传至智能手机，整套系统由 3.3 V 锂电池供电，Android 端程序实时显示结果。为演示人工电子皮肤潜力，作者将所设计阵列贴附于假肢手掌（图5），分别放置表面光滑（150 g）与带刺（75 g）的两颗按摩球进行测试，两套测量得到的压力峰值位置、电容变化与压力分布等高线差异显著，证明该矩阵寻址压力传感系统可作为人工电子皮肤用于物体识别。
图5｜集成于假肢手掌的阵列及按摩球压力分布演示。（a）所设计压力传感阵列贴附假肢手掌，分别加载光滑表面与带刺表面按摩球；（b）两种按摩球对应的测得的电容变化与压力分布轮廓，二者差异显著，验证了物体识别能力。
本文的技术内核是"结构-材料-工艺"的协同设计：以高模量图案化层解决互连可靠性、以低模量封装层解决形变隔离，二者解耦后各自优化。制备链涉及丝网印刷银浆电极、激光切割 PI 像素条带、ACF 高温键合与多孔 PDMS 压敏层堆叠——这些工序与增材制造在思路上互补：DIW 浆料直写可在同一平台上逐层构建压敏层与隔离结构，通过调控导电复合墨水的屈服应力、触变恢复与自支撑性实现敏感单元与隔离层的共打印及参数梯度设计；而激光切割/激光图案化在本文中承担了顶层 PI 电极的精密切割，与铂邦设备的多材料切换、路径规划与工艺参数库能力相呼应。对于希望快速验证阵列结构-串扰关系的研发团队，这类"图案化电极 + 可控封装层"的工艺路线，可在设备层面获得从打印、切割到键合的一体化支撑。
综上，本文面向矩阵寻址柔性电容压力传感阵列的像素间串扰难题，提出由"高模量图案化层 + 低模量封装层"构成的双层顶电极结构：前者承受高温工艺以形成可靠互连，后者以柔软特性将受压像素的局部形变限制在自身范围。仿真与 10×10 阵列实测均表明，该设计能抑制像素间信号串扰、提升测量精度，且更薄、更低模量的封装膜效果更佳；集成于假肢手的演示进一步验证了其在人工电子皮肤物体识别中的潜力。文中指出的"同行连线导致行向串扰偏高"也为后续以可拉伸蛇形连线替代直线连线指明了优化方向。
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