[发明专利]一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片及其制作方法

说明书

一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片及其制作方法，芯片包括柔性上极板，柔性上极板和均匀分布微型金字塔阵列的柔性下极板相接触，在柔性上、下极板接触表面制作柔性薄膜电极，柔性上、下极板上的柔性薄膜电极分别通过导线与外部电路相连接；制作方法先3D打印柔性上、下极板，清洗；然后采用导电胶将导线紧密的黏附在柔性上、下极板上，固化；再将柔性上、下极板氧等离子体处理，浸润一层PEDOT:PSS溶液，烘烤完成柔性薄膜电极的制作；最后使用聚酰亚胺绝缘胶带将柔性上、下极板粘贴在一起，同时封闭柔性上、下极板侧面间隙；本发明具有加工成本低、加工周期短、制作简便、材料选择多样化、结构一体化等优点。

技术领域

本发明属于增材制造以及传感器技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片及其制作方法。

背景技术

3D打印属于增材制造技术，是一种在计算机控制下逐层将液体固化或粉末颗粒熔合在一起，实现构造三维物体的技术。近几年，其在建筑、汽车、航空航天、医学等领域零部件的制作上得到了越来越广泛地商业化应用。3D打印应用的材料主要有金属、陶瓷、复合材料、高分子材料等等。传统的传感器制造技术，以MEMS工艺为例，存在难以加工真三维自由形状的结构、难以利用性能优异的复合功能材料、加工工艺复杂，加工效率低下，成本高等缺点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片及其制作方法，具有加工成本低、加工周期短、制作简便、材料选择多样化、结构一体化等优点，可用于不规则物体表面如机器人，医学等领域的压力测量。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片，包括柔性上极板1，柔性上极板1和均匀分布微型金字塔阵列3的柔性下极板2相接触，在柔性上极板1和柔性下极板2接触表面制作柔性薄膜电极4，柔性上极板1上的柔性薄膜电极4和柔性下极板2上的柔性薄膜电极4通过导线与外部电路相连接，导线位于柔性上极板1和柔性下极板2对应的角上设有的通孔5内。

所述的柔性上极板1和柔性下极板2由光敏柔性聚氨酯树脂材料制成。

所述的柔性薄膜电极4由柔性导电聚合物PEDOT:PSS[聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)]制成。

一种基于3D打印技术的柔性压力传感器芯片的制作方法，包括以下步骤：

1)运用DLP 3D打印机固化处于液态的光敏柔性聚氨酯树脂材料形成预定尺寸的柔性上极板1和均匀分布微型金字塔阵列3的柔性下极板2，柔性上极板1、柔性下极板2对应的角上预留通孔5；

2)加工好的柔性上极板1和柔性下极板2依次置于清洗液、酒精中各超声清洗处理5min；取出柔性上极板1和柔性下极板2后置于紫外灯箱中20min使其完全固化；

3)将两根导线分别穿过柔性上极板1和柔性下极板2上预留的通孔5，并采用导电胶将导线紧密的黏附在柔性上极板1、柔性下极板2上，置于强制对流烘箱中，100℃烘烤10分钟使导电胶完全固化，取出后自然冷却至室温；

4)将与导线相连接的柔性上极板1、柔性下极板2置于等离子处理机中进行氧等离子体处理，处理时间90s；

5)将经过氧等离子体处理的柔性上极板1、柔性下极板2置于液态导电聚合物溶液PEDOT:PSS中，使柔性上极板1、柔性下极板2表面完全浸润一层PEDOT:PSS溶液；

6)取出表面浸润了PEDOT:PSS溶液的柔性上极板1、柔性下极板2，置于强制对流烘箱中，100℃烘烤15min，取出后自然冷却至室温，完成柔性薄膜电极4的制作；

7)使用聚酰亚胺绝缘胶带将柔性上极板1、柔性下极板2粘贴在一起，同时封闭柔性上极板1、柔性下极板2侧面间隙。