[发明专利]一种柔性力敏传感器及其制备方法、阵列器件和应用

说明书

一种柔性力敏传感器及其制备方法、阵列器件和应用，其主要涉及传感器制备技术领域。通过选用PDMS制作微结构化的薄膜，使得PDMS的低杨氏模量提高了结构弹性，增强了柔性力敏传感器的可穿戴性和灵敏度；利用表面仿生的随机多层微结构，大幅增加了力敏传感器的灵敏度，增强了其对微小应力的传感能力，从而有助于将压阻式柔性力敏传感器应用到医疗监测等健康领域，使其能够实时监测诸如脉搏、呼吸等多种人体信号；另外，上述柔性力敏传感器的制备方法不但具有良好的工艺性与较低的成本，适合大规模生产，而且通过该方法可获得具有不同形貌、不同层次、不同尺度、不同维数、不同功能的仿生表面。

技术领域

本发明涉及传感器制备技术领域，具体而言，涉及一种柔性力敏传感器及其制备方法、阵列器件和应用。

背景技术

电子皮肤即新型可穿戴柔性仿生触觉传感器，是一种用于实现仿人类触觉感知功能的人造柔性电子器件。利用传感器技术、微机电技术和新材料技术制作的能够模仿人体皮肤保护、感知、调节等功能的电子装置或电子系统。电子皮肤通过在柔性衬底上制作敏感电子器件，模拟人类皮肤的传感功能，以期达到甚至超越皮肤的传感性能，从而在机器人、人工义肢、医疗检测和诊断等方面展现应用前景。触觉感知是人体皮肤的主要功能之一，畅通传导触觉信号是电子皮肤需要实现的基本功能，柔性力敏传感器是实现触觉传感的有效器件。压阻式柔性力敏传感器因其优良的特性和良好的贴附性，被认为是未来可穿戴电子设备的重要组成部分。

然而，由于目前昂贵的成本、复杂的制造技术以及较低的稳定性限制了压阻式力敏传感器的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性力敏传感器，其具有较佳的性能稳定性、柔弹性和灵敏度。

本发明的另一目的在于提供一种柔性力敏传感器的制备方法，其制备工艺简单、成本低，并且能够大规模生产。

本发明的另一目的在于提供一种柔性力敏传感器的应用，其具有上述的柔性力敏传感器的各项优点。

本发明的另一目的在于提供一种柔性力敏传感器阵列器件，其具有上述柔性力敏传感器的各项优点。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

本发明提出一种柔性力敏传感器的制备方法，其包括以下步骤：

将PDMS基底与固化剂按5:1的重量比混合，得到PDMS预聚物；对PDMS预聚物进行一次搅拌后，加入炭黑并进行二次搅拌，得到炭黑/PDMS油墨初产物；二次搅拌结束后，在真空条件下除去炭黑/PDMS油墨初产物的气泡，得到炭黑/PDMS油墨；将炭黑/PDMS油墨旋涂于表面具有微结构的毛玻璃片模具上，并进行固化处理，进而再将固化后的炭黑/PDMS油墨从毛玻璃片模具上剥离出来，得到表面微图案化的炭黑/PDMS薄膜；在炭黑/PDMS薄膜无微图案的一侧表面上设置金属电极，得到传感器柔性薄膜电极；传感器柔性薄膜电极进行切割后，将切割得到的两片传感器柔性薄膜电极片叠放，进而引出导线并进行封装；其中，两片传感器柔性薄膜电极片具有微图案的表面相对地贴合在一起。

本发明还提出一种柔性力敏传感器，该柔性力敏传感器根据上述的柔性力敏传感器的制备方法制得。

本发明还提出一种如上述的柔性力敏传感器的应用，具体地，该柔性力敏传感器应用于电子皮肤中。

本发明还提出一种柔性力敏传感器阵列器件，该柔性力敏传感器阵列器件是通过将多个上述的柔性力敏传感器进行整体封装并引出导线后得到的。