[发明专利]基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种可拉伸压力传感器及其制备方法，特别涉及一种基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器及其制备方法。

背景技术

可拉伸压力传感器是一种具有一定的拉伸形变特性，并能够感知外界压力的新型传感器。由于其既具有人类皮肤一样的可拉伸特性，又兼具皮肤对于外力的感知特性，因此能够在一定程度上模拟人体皮肤，可被用于仿生“电子皮肤”系统。新型可拉伸压力传感器相对于传统传感器，具有可拉伸、柔性化、生物兼容、灵敏度高等特点，有望大规模应用于可穿戴电子、人体体征监测、机器人外力感知、远程微创外科手术等领域。

目前，可拉伸压力传感器根据工作机理的不同可分为四类：电容式、电阻式、压电式和晶体管式。其中，电容式可拉伸压力传感器由于其较高的灵敏度、稳定的传感特性以及较低的驱动能耗特别适合电子皮肤应用。尽管自2000年后，各国学者对提高电子皮肤灵敏度进行了大量深入的研究，取得了理想的实验结果并建立了一定的理论依据。但是，其制备方法主要是利用真空沉积、光刻、化学腐蚀等微纳加工手段，成本高、效率低；同时，目前的传感器电极不能兼具良好的透明性和可拉伸性，极大的影响了其作为仿生电子皮肤的实用性与用户体验，限制了其在某些领域的应用。

因此，开发一种透明化、可拉伸、低成本、高灵敏度、高稳定性的压力传感器及其制备方法就成为该技术领域急需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器，使其具有透明化、可拉伸、低成本、高灵敏度、高稳定性等优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器，其特征在于：包括上、下两个可拉伸基底，附着于可拉伸基底内表面的印刷透明电极，以及位于两个印刷透明电极之间的介电层。

优选的，所述可拉伸基底的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度范围为1～100μm。

优选的，所述印刷透明电极的透光率为50～97％，方阻值为10～10⁷Ω/sq。

优选的，所述印刷透明电极由图案化栅格形成。

优选的，所述图案化栅格形状包括：规则平面几何形状如正方形、长方形、三角形、梯形、多边形、圆形或椭圆；或不规则平面几何形状。

优选的，所述平面几何形状的线条宽度范围为1～100μm，线条高度范围为0.1～20μm。

优选的，所述图案化栅格由可拉伸导电油墨印刷形成，可拉伸导电油墨组分包括：导电材料、树脂连结料、添加剂以及溶剂，四者的质量比为5:1:0.2:3.8。

优选的，所述导电材料为一维金属材料与二维导电材料或一维金属材料与三维导电材料的混合物，其质量比为4:1。

优选的，所述一维金属材料为颗粒形状或类颗粒形状的银、铜、金、铝、铅、锌、锡等金属，或上述金属的合金，其粒径范围为5nm～10μm。

优选的，所述二维导电材料为线状的银、铜、金、铝、铅、锌、锡等金属，或上述金属的合金，或碳纳米管，其直径范围为5nm～500nm，长度范围为1～50μm。

优选的，所述三维导电材料为片状的银、铜、金、铝、铅、锌、锡等金属，或上述金属的合金，或石墨烯、石墨等非金属材料。

优选的，所述树脂连结料为偏氟乙烯-三氟氯乙烯的共聚物。

优选的，所述添加剂为聚氧乙烯醚类氟碳非离子表面活性剂。

优选的，所述溶剂为4-甲基-3-戊酮。

优选的，所述介电层的材质为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度范围为1～20μm。

本发明的另一目的是提供一种上述基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案达到的：

一种基于印刷透明电极的可拉伸压力传感器的制备方法，步骤如下：

(1)、制备两个可拉伸基底；

(2)、制备可拉伸导电油墨；

(3)、利用丝网印刷、喷墨印刷、柔版印刷、凹版印刷、微接触印刷、转移印刷、气流喷射、纳米压印等印刷方式，将(2)步骤中制备的可拉伸导电油墨印刷在(1)步骤中制备的可拉伸基底表面，形成图案化栅格，将印刷有图案化栅格的可拉伸基底置于80℃热台加热15分钟，得到带有透明电极的可拉伸基底；

(4)、制备介电层；