[发明专利]一种可穿戴柔性压力电子传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种可穿戴柔性压力电子传感器及制备方法。所述压力传感器由以下步骤制得：a、在具有弧面的柔性硅胶基底上旋涂聚酰亚胺，制得柔性弧面聚酰亚胺薄膜层；b、将柔性弧面聚酰亚胺薄膜层、电极层、介电层、电极层、柔性弧面聚酰亚胺薄膜层按顺序铺贴，通过热压粘合成型，制得柔性压力传感器。本发明通过利用柔性弧面聚酰亚胺薄膜作为传感器材料当有载荷作用于传感器表面时，显著放大了压电薄膜层中的应变，提高了传感器的灵敏度，并且提高了形变力，量程大，可有效用于人体的长时间穿戴，来实时监测人体各种体征信号。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及压力传感器的制备，尤其是涉及一种可穿戴柔性压力电子传感器及制备方法。

背景技术

压力传感器是一种能感测到外界压力改变的传感器，并广泛应用于可穿戴、可贴附电子皮肤和电子器件中。为了能够与信息时代信息量激增、要求捕获和处理信息的能力日益增强的技术发展趋势保持一致。电子皮肤或电子器件对柔性、精确性、可靠性、灵敏性等性能指标的要求越来越严格，相应地，对压力传感器的性能指标要求也越来越严格。而传统的大体积弱功能传感器往往很难满足上述要求，因此，它们已逐步被各种不同类型的高性能微型传感器所取代。

近年来，可穿戴电子设备发展快速，成为下一代电子产品开发的重要趋势。作为可穿戴电子设备的重要分支，可穿戴压力传感器应具有一定机械柔性、贴合性以及高可拉伸性、高灵敏度、快速响应性、高耐久性等特点，可实现其可穿戴的特性，以及其在个体医疗、运动检测、人机互动、虚拟现实娱乐技术等方面的广阔应用。对于可穿戴压力传感器的灵敏度的提升技术的研究是当前的研究热点。

专利申请号201611094368.4公开了一种碳基电阻式柔性压力传感器，传感器呈四层薄膜结构，包括柔性聚酰亚胺薄膜层、银电极层、柔性石墨烯和氧化石墨烯的复合薄膜层以及氧化石墨烯薄膜绝缘保护层。当该压力传感器受到压力作用或者发生弯曲应变时，通过测量银电极两端的电阻变化值即可得到压力传感器的受力情况。此发明整体呈薄膜状结构，柔性性质好，可在弯曲任意角度的状态下正常工作；灵敏度高，应变系数在2.1~3之间；压力测量范围广，为10Pa至900kPa；具有很高的分辨率和超快速动态响应，能测出高达10kHz的动态高频压力信号；稳定性质好，通过了8000次以上的稳定性重复测试。其制备工艺简单，设备成本低，适用于可穿戴设备，可用于压力、应变等物理量测量。

专利申请号201510624235.2公开了一种具有高灵敏度的柔性压阻式压力传感器，该压力传感器包括柔性衬底、金属电极、网格状的石墨烯薄膜层；金属电极固定连接在柔性衬底顶面的两端，石墨烯薄膜层覆盖并连接在柔性衬底和部分金属电极上。该压力传感器不仅具有衬底可弯曲变形的优点，还具有很高的灵敏度，能够广泛使用于生物医学和可穿戴设备等领域。同时还公开了该柔性压阻式压力传感器的制备方法。

专利申请号201710114101.5公开了一种穿戴式柔性压力传感器及其制备方法。该可穿戴式柔性压力传感器包括上支撑基体，超柔软Ecoflex压力探测头，PVDF压电薄膜，阵列化微凸台支撑结构，下支撑基体五个部分。超柔软Ecoflex压力探测头可感受到压力而发生变形，进而压迫PVDF压电薄膜发生变形而输出电学信号。此发明还公开了该穿戴式柔性压力传感器的制备方法。这种超柔性探头加鼓形基体能很灵敏地感知测量到人体的微弱的脉搏跳动力，解决了可穿戴智能设备中无法测量压力信号、非柔性的问题。还具有体积小巧、佩戴舒适、使用寿命长、制作成本低廉等优点，适合大规模生产使用。