[发明专利]一种压阻式压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，具体来说，涉及一种压阻式压力传感器及其制备方法。

背景技术

传统的硅基压力传感器由于其衬底不可弯曲变形的特点，导致其在生物医学等众多领域的使用少之又少。同时，许多领域都急需可弯曲变形的柔性衬底压力传感器以供使用。现有的硅基压阻式压力传感器的结构是在一个方形或者圆形的硅应变薄膜上通过扩散或者离子注入的方式在应力集中区制作四个压力敏感电阻，四个电阻互联构成惠斯顿电桥。通过惠斯顿电桥将外界压力导致四个压力敏感电阻的电阻值变化转换为输出电压，通过对输出电压与压力值进行标定可以实现对压力的测量。但是这种结构的硅基压阻式压力传感器由于其是非柔性的，且生物兼容性不好，导致生物医学、可穿戴设备等很多领域都急需压力传感器的使用。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种压阻式压力传感器及其制备方法，该压力传感器不仅具有了衬底可弯曲变形的优点，还具有良好的灵敏度，能够广泛使用于生物医学、可穿戴设备等领域。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：

一种压阻式压力传感器，该压力传感器包括LCP衬底、LCP薄膜层、金属电极、石墨烯薄膜层和石墨烯阵列层；LCP薄膜层固定连接在LCP衬底上，LCP薄膜层中设有阵列式结构的通孔，金属电极连接在LCP薄膜层两端的上方，石墨烯薄膜层连接在LCP薄膜层上，且石墨烯薄膜层填充金属电极之间的空隙和覆盖金属电极；石墨烯阵列层填充在LCP薄膜的通孔中，且石墨烯薄膜层和石墨烯阵列层连接。

作为优选方案，所述的LCP薄膜层通过激光打孔制成阵列式结构的通孔。

作为优选方案，所述的金属电极为金、银、铜、铝、铂或者钛。

作为优选方案，所述的LCP薄膜层中的通孔厚度为25～50微米。

一种压阻式压力传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步：对单面覆有金属薄层的LCP薄膜层进行激光打孔，构成阵列式结构的通孔；

第二步：利用迭片热压将LCP薄膜层与LCP衬底粘合；

第三步：在覆有金属薄层的LCP薄膜层的两端涂上光刻胶层；

第四步：对未被光刻胶层覆盖的金属薄层进行腐蚀；

第五步：去除光刻胶层，形成金属电极；

第六步：将石墨烯阵列层填充在LCP薄膜的通孔中，将石墨烯薄膜层连接在LCP薄膜层上，且石墨烯薄膜层填充金属电极之间的空隙和覆盖金属电极，从而制成压力传感器。

作为优选方案，所述的第六步具体包括：对金属电极上表面粘贴胶布，然后对LCP薄膜层和金属电极及其表面粘贴的胶布旋涂上一氧化石墨烯层，氧化石墨烯层填充LCP薄膜层上的通孔和金属电极之间的空隙，且覆盖金属电极和胶布，接着撕掉金属电极上的胶布，最后进行加热，氧化石墨烯层还原成为位于在LCP薄膜通孔中的石墨烯阵列层和位于LCP薄膜上方的石墨烯薄膜层，从而制成压力传感器。

作为优选方案，所述的氧化石墨烯层还原过程中，温度低于LCP薄膜层和LCP衬底的熔融温度。

作为优选方案，所述的氧化石墨烯层还原过程中，以氮气作为保护气。

作为优选方案，所述的LCP薄膜层中的通孔厚度为25～50微米。

有益效果：与现有的硅基压阻式压力传感器相比，本发明具有以下有益效果：利用柔性材料LCP制成衬底，从而使得压力传感器衬底可弯曲变形。压力传感器的力敏电阻元件为石墨烯薄膜层和呈阵列结构的石墨烯阵列层。当压力传感器在外力的作用下弯曲变形的时候，石墨烯薄膜层会随之形变，使得石墨烯薄膜层电阻增大，同时位于LCP薄膜层中的石墨烯阵列层会在纵向厚度上发生一定的压缩，使石墨烯中碳原子的非对称性增大，进而导致石墨烯的禁带宽度增大，费米能级附近的能态密度降低、传输沟道减少，使得石墨烯的传输系数降低，电阻率增大，电阻也随之增大。通过设置石墨烯薄膜层和石墨烯阵列层大大提高了压力传感器的灵敏度。本实施例的压力传感器，由于压力传感器在衬底弯曲变形的情况下依然可以很好的工作，弥补了传统硅基压阻式压力传感器不可弯曲变形的缺陷，并且阵列式的压力传感器结构使得压力传感器的灵敏度得到极大地提高，可以广泛使用在生物医学和可穿戴设备等领域。

附图说明

图1为本发明实施例的结构剖视图。

图2为本发明实施例中制备方法第一步的结构示意图。

图3为本发明实施例中制备方法第二步的结构示意图。

图4为本发明实施例中制备方法第三步的结构示意图。

图5为本发明实施例中制备方法第四步的结构示意图。