[发明专利]一种柔性压力传感器与柔性压力传感阵列

说明书

本发明提供一种柔性压力传感器与柔性压力传感阵列。其中，柔性压力传感器包括依次层叠设置的：衬底层，由柔性高分子聚合物制成；电极层，设于所述衬底层的表面，其基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填有微米级银片或其它微纳米导电材料；传感层，电性连接所述电极层，其基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填有纳米炭黑颗粒或其它微纳米导电材料。本发明通过对电极层的几何形状和传感层的微观结构进行可拉伸设计，有效提升了压力传感器的柔性及延展性，以及与非结构表面的集成性能，结构简单、便于加工、引线容易、成本低廉。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，特别是涉及柔性压力传感器与柔性压力传感阵列，及其在柔性可穿戴设备及机器人触觉设备中的应用。

背景技术

无论是在工业制造和服务行业广泛应用的机器人，还是日益流行的可穿戴电子设备，或是临床医学，柔性传感器都是不可缺少的元件。近年来，随着世界范围内对柔性传感器研究的深入和扩展，大量的柔性传感器结构设计被提出。但很多器件由于其结构缺乏优良的弯曲性和可拉伸性，难以满足上述应用的需求。所以，在保证传感器性能的前提下，如何改善其柔性和弹性，成为了业界亟待解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可用于可穿戴设备或机器人触觉设备的柔性压力传感器和柔性压力传感阵列。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性压力传感器，包括依次层叠设置的：衬底层，由柔性高分子聚合物制成；电极层，设于所述衬底层的表面，其基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填入了微米级银片或其它微纳米导电材料；传感层，电性连接所述电极层，其基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填入了纳米炭黑颗粒或其它微纳米导电材料。

于本发明一实施例中，所述柔性高分子聚合物包括：热塑性聚氨酯类弹性体、聚二甲基硅氧烷类弹性体、及聚烯烃类弹性体中的一种或多种。

于本发明一实施例中，所述衬底层、所述电极层、及所述传感层之间的弹性模量为预设值，其中所述电极层的弹性模量预设值为三层中最大，其它两层与所述电极层的弹性模量的比值可调。

于本发明一实施例中，所述电极层的制备方式包括：在所述柔性高分子聚合物中填入质量比超过一定百分数的微米级银片或其它微纳导电材料，并在混合均匀后印刷或打印于所述衬底层的表面。

于本发明一实施例中，所述电极层采用双螺旋结构或其它结构的插指电极设计。

于本发明一实施例中，所述传感层的制备方式包括：利用纳米炭黑颗粒或其它微纳米导电材料和牺牲性模板法制得多孔导电浆料，并将其印刷或打印于所述电极层的表面。

于本发明一实施例中，所述多孔导电浆料包含：一定质量分数的纳米炭黑颗粒或其它微纳米导电材料、一定百分数的牺牲性盐模板、及一定百分数的所述柔性高分子聚合物。

于本发明一实施例中，所述传感层采用一层或多层筛网结构，如：六层。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种柔性压力传感阵列，包括：衬底层，由柔性高分子聚合物制成；电极阵列层，设于所述衬底层的表面，其基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填入了微米级银片或其它微纳米导电材料，位于同行或同列的电极阵列的一侧电性连接；传感阵列层，对应地设于所述电极阵列层的表面，并与各所述电极阵列层电性连接，所述传感阵列层的基质采用所述柔性高分子聚合物，且所述柔性高分子聚合物中填入了纳米炭黑颗粒或其它微纳米导电材料。

于本发明一实施例中，所述柔性高分子聚合物包括：热塑性聚氨酯类弹性体、聚二甲基硅氧烷类弹性体、及聚烯烃类弹性体中的一种或多种。

于本发明一实施例中，所述衬底层、所述电极阵列层、及所述传感阵列层之间的弹性模量为预设值，其中所述电极阵列层的弹性模量的预设值为三层中最大。