[发明专利]基于离子膜的电容式压力传感器

说明书

对相关的应用的交叉引用

此申请要求对2015年8月28日提出的美国临时专利申请号62/211,630号的优先权，其全部内容通过引用方式结合在本文中。

关于联邦政府赞助的研究或发展的声明

本发明是用政府支持的，由国家自然科学基金颁发的美国国家科学基金会奖项ECCS1307831和IIP-1451056。政府在本发明中有某些权利。

背景技术

技术领域

本发明涉及压力传感领域中的传感装置，尤其针对应用在医疗设备、可穿戴设备和类似的柔性薄膜传感器中的压力传感。

现有技术

基于封装液滴的压力传感器是众所周知的，如在US 9,170,166基于液滴的电容式压力传感器中所披露。在该专利中，电解质液滴被放在被疏水修饰的电极表面。

发明内容

本发明是薄膜压力传感器，装置相同，并包含其制作和使用方法。本发明范例传感器包括其中定义结构腔、结构包括分割腔室和外部环境的顶层膜。顶层膜包括朝向腔室的第一个导电膜表面。该传感器还包括在腔室内的的一层传感材料，这层传感材料接触第一个膜的导电表面。传感材料可任选地固体，液体或一种复合材料。在各种案例中传感材料包括离子材料等复合水凝胶基质，和像三氰基甲基1-乙基-3-甲基咪唑的离子液体。

在一些案例中，这个范例的传感器的最上层还包括第一导电层和至少部分的第一导电层，为第一个膜提供导电表面。在进一步案例中的第一导电层包括，例如氧化铟锡或石墨烯。其它案例中，第一导电层提供导电表面中至少一部分存在电极图案，例如以提供在层中的一对电极。

在一些案例中的这个范例的传感器，结构进一步包括︰中间层加入到顶部图层，中间层其中定义了腔室的尺寸。在这些案例中，一些腔室进一步包括底层，使中间层处于顶层和底层之间。在一些这些案例中，底层进一步包括横跨腔室，其导电表面朝向第一个膜的导电表面。在这些案例中，底部层进一步包括第二导电层，第二导电层至少一部分导电，提供了底层的导电表面。在更多的案例中包括底层第二个膜，底层是分割腔室和外部环境之间的结构。

本发明的另一种范例传感器由三层组成：基底层、传感材料层(包括离子材料)和接触传感材料层的导电材料层。在这些案例中一些导电材料带有电极图案，形成两个电绝缘的部分提供两个单独的顶层电极。在其他案例中，导电的材料层处于基底层和传感的材料层，或传感材料层处于基底层和导电的材料层之间。

然而本发明的另一种范例传感器包含：一层导电的材料，以及接触导电的材料层的传感材料层(包含离子材料)。在一些案例中传感材料层包括多个由离子材料进行图层的导电线，且在这些案例，导电线包括导电织物。在其他案例中，传感材料层包括涂附了离子材料的导电带。

本发明的另一个范例传感器包括柔性的结构，其中定义腔室，腔室两侧的两个面对面的对立各有大约相同的表面积，中间由中间层相间隔形成腔室，至少一个表面导电。这个范例的传感器还包括的腔，其中传感材料(包括离子材料)是接触导电表面的传感材料。在这些案例的一些离子材料包括液体，并在这些案例的一些传感器还包括利用固定桩结构、表面改性用来保持传感材料在腔室内的位置。进一步，一些案例包括腔室两侧的导电层是分开的，并且存在电极图案电极图案。

本发明一种范例方法包括提供包括在导电表面上形成第一个导电面，第二层是让离子材料附于这个导电面上，形成传感层。在各种案例中形成传感材料包括与通过光引发聚合的的聚合物离子液体混合材料，离子液体比如如1-乙基-3-甲基咪唑三氰基甲基。传感材料还可以包括浸渍离子液体的多孔结构的材料。这些多孔结构材料可以包括微结构聚合物基质、空心海绵、织物或纸。

案例中的各种实施方案中有一种包括一个基底层，上面有一个中间层形成的空腔。这个结构中至少一部分表面到店。在这些案例中的一些方法还包括︰在中间层形成一个顶层，有些顶层材料也包含导电层，这第二个柔性导电层面对第一个导电层。

附图说明

图1是一个根据本发明的传感器案例的范例剖视图。

图2是图1的底部视图。

图3是根据本发明，另一个示范性案例显示变形传感器的剖视图。

图4是本发明各实施例的电气原理图。

图5是一种形成一种传感器，根据本发明的案例的范例的方法流程图。

图6-9是四个传感器根据进一步范例体现本发明的剖视图。

图10是图9的底部视图的顶部图层。