一种柔性压力传感器及其制备方法与流程

本发明涉及柔性传感器领域，尤其涉及一种柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术：

1、柔性压力传感器相较于传统刚性传感器具有柔软，轻便，耐弯折等优点，可作为可穿戴，生物医学，人机交互等领域力感监测中的重要组成部分。目前柔性传感器的检测限基本处在kpa级别，对于更小受力的检测难以做到，这极大地限制了在微小力下的动态监测。

2、现有制备柔性传感器的技术主要包括微结构转印、表面修饰和构建微裂缝等方法。但目前为止，绝大多数柔性传感器的检测限只有kpa级，对于更小的力无法做到精确反馈，这极大地限制了在小力值活动下的力测量。因此，需要一种能够有轻微力的感知的柔性传感器。

技术实现思路

1、本发明提供了一种柔性压力传感器及其制备方法，该柔性传感器能够实现对pa级力的明显反馈。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种柔性压力传感器，从上至下依次包括基底层、导电压敏层、封装层和电极层；所述导电压敏层是基于所述基底层，由具有空间孔隙结构的导电弹性体而构成的；其中，所述空间孔隙结构的形状为圆形或不规则形状；所述空间孔隙结构的大小范围为100微米至500微米；所述导电弹性体是高沸点溶液和低沸点溶液按照预设比例混合溶解弹性体后，加入导电填料而获得的；所述封装层将所述导电压敏层和所述电极层结合。

3、进一步地，所述基底层为pc薄膜、pvc薄膜、pet薄膜、pp薄膜、ps薄膜、pi薄膜、pmma薄膜、peek薄膜中的一种。

4、进一步地，所述基底层一面或双面为磨砂结构。

5、可以理解的是，磨砂结构让导电压敏层和基底层之间接触的表面积更大，从而让两层之间结合得更牢固。

6、进一步地，所述低沸点溶液为四氢呋喃、丙酮、丁酮、二氯乙烷、异丙醇中的一种或多种和所述高沸点溶液为n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、氯苯、二甲苯、环己酮中的一种或多种。

7、可以理解的是，低沸点溶剂在弹性体溶液喷涂过程中快速挥发使弹性体溶质快速固化，在喷涂过程中以细小液滴逐渐堆积成空间孔隙结构。高沸点溶剂沉积在下层，弹性体溶质缓慢固化实现与基底材质的紧密结合。

8、进一步地，所述弹性体为tpu、tpe、sbs、sebs、seps中的一种或多种。

9、可以理解的是，低模量弹性体材料构建空间孔隙结构，在极小受力的情况下弹性体所构建的空间孔隙结构即可出现较大形变，产生更多导电通路的搭接，从而发生明显的电信号变化，即可检测出受力情况。

10、进一步地，所述导电填料为碳纳米管、炭黑、石墨、石墨烯中的一种或多种；所述导电填料的质量为0.2-40mg/ml。

11、进一步地，所述高沸点溶液和所述低沸点溶液的体积比为1:1-1:10。

12、进一步地，所述高沸点溶液和低沸点溶液按照预设比例混合溶解弹性体得到的溶液浓度为0.2-100mg/ml。

13、进一步地，所述封装层为液态胶水。

14、可以理解的是，液态胶水主要以液态硅胶为主，室温固化后的封装层可以保持导电层和电极层的距离稳定，保证每次测试的数据一致性。

15、进一步地，所述电极层为柔性fpc或者由丝网印刷制成的导电通路。

16、相应地，本发明实施例还提供了一种柔性压力传感器的制备方法，包括：

17、获取预设尺寸的基底层，使用等离子清洗机对所述基底层的表面进行清洗；

18、按照预设比例将高沸点溶液和低沸点溶液混合，溶解弹性体，加入导电填料，得到导电弹性体溶液；

19、加热所述基底层，并采用超声喷涂的方式将所述导电弹性体溶液均匀喷涂于所述基底层，得到导电压敏层；

20、将所述导电压敏层与电极层通过液态胶水进行封装，得到柔性压力传感器。

21、可以理解的是，相较于现有技术，本发明通过配置多元溶剂的方式使弹性体溶液实现阶梯化挥发，构建高低沸点的多溶剂体系从而实现弹性体的空间孔隙结构。低沸点溶剂在弹性体溶液喷涂过程中快速挥发使弹性体溶质快速固化，在喷涂过程中以细小液滴逐渐堆积成空间孔隙结构。高沸点溶剂沉积在下层，弹性体溶质缓慢固化实现与基底材质的紧密结合。此外，以低模量弹性体材料构建空间孔隙结构，在极小受力的情况下弹性体所构建的空间孔隙结构即可出现较大形变，产生更多导电通路的搭接，从而发生明显的电信号变化，即可检测出受力情况。采用超声喷涂的方式来构建的空间孔隙结构具有更细的孔隙壁，在受到小压力下相比于粗的孔隙壁更易形变。封装层可以保持导电压敏层和电极层的距离稳定，保证每次测试的数据一致性。

技术特征：

1.一种柔性压力传感器，其特征在于，从上至下依次包括基底层、导电压敏层、封装层和电极层；所述导电压敏层是基于所述基底层，由具有空间孔隙结构的导电弹性体而构成的；其中，所述空间孔隙结构的形状为圆形或不规则形状；所述空间孔隙结构的大小范围为100微米至500微米；所述导电弹性体是高沸点溶液和低沸点溶液按照预设比例混合溶解弹性体后，加入导电填料而获得的；所述封装层将所述导电压敏层和所述电极层结合。

2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述基底层为pc薄膜、pvc薄膜、pet薄膜、pp薄膜、ps薄膜、p i薄膜、pmma薄膜、peek薄膜中的一种。

3.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述基底层一面或双面为磨砂结构。

4.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述低沸点溶液为四氢呋喃、丙酮、丁酮、二氯乙烷、异丙醇中的一种或多种和所述高沸点溶液为n,n-二甲基甲酰胺、甲苯、氯苯、二甲苯、环己酮中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述弹性体为tpu、tpe、sbs、sebs、seps中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述导电填料为碳纳米管、炭黑、石墨、石墨烯中的一种或多种；所述导电填料的质量为0.2-40mg/ml。

7.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述高沸点溶液和所述低沸点溶液的体积比为1:1-1:10。

8.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述高沸点溶液和低沸点溶液按照预设比例混合溶解弹性体得到的溶液浓度为0.2-100mg/ml。

9.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述封装层为液态胶水。

10.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述电极层为柔性fpc或者由丝网印刷制成的导电通路。

11.一种如权利要求1-10任一项所述的柔性压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种柔性压力传感器及其制备方法，从上至下依次包括基底层、导电压敏层、封装层和电极层；所述导电压敏层是基于所述基底层，由具有空间孔隙结构的导电弹性体而构成的；其中，所述空间孔隙结构的形状为圆形或不规则形状；所述空间孔隙结构的大小范围为100微米至500微米；所述导电弹性体是高沸点溶液和低沸点溶液按照预设比例混合溶解弹性体后，加入导电填料而获得的；所述封装层将所述导电压敏层和所述电极层结合。本发明提供的柔性传感器能够实现对轻微力的感知，完成对Pa级力的明显反馈。

技术研发人员：马原,秦泽昭,张通,杨小牛
受保护的技术使用者：广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15