[发明专利]一种应变传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应变传感器及其制备方法。该应变传感器包括柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极，柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构，导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的柔性基底一侧，导电薄膜背离柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构，导电薄膜靠近柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相应的凸起结构，第一电极和第二电极均设置于导电薄膜背离柔性基底的一侧，且第一电极和第二电极分别设置于导电薄膜的相对两端。本发明实施例提供的应变传感器既具有较宽的检测范围，又具有较高的灵敏度。

技术领域

本发明实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种应变传感器及其制备方法。

背景技术

近年来，电子皮肤在人体健康监测、运动跟踪以及人-机交互等方面受到越来越多的关注。电子皮肤的核心便是传感器，其中，应变传感器作为一类重要的电子传感器件，可以将力学信号同步转化成电信号，从而实现对力学应变的同步传感。应变传感器的类型多种多样，其中，电阻型应变传感器因其器件结构简单，信号处理方便等优势被广泛研究。

目前的电阻型应变传感器主要有两种结构。一种是基于金属薄膜的传感器，该类传感器具有非常高的灵敏度，灵敏系数高达2000。然而其检测范围非常小，最高检测限仅为2％。这主要是因为金属薄膜在大应变下容易完全断裂，造成整个器件失效。因此，该类传感器仅能用于微小形变的检测，如脉搏信号和心电信号等。另一种是基于碳纳米管或金属纳米线等组装的网络结构薄膜。应变变化带来碳纳米管或金属纳米线等相对位置的滑移，从而引起薄膜电阻的变化。这类传感器在大应变作用下结构不发生塌陷，因此其具有很宽的检测范围。然而微小形变，如脉搏跳动、声音振动等对网络结构的影响很小，使得器件对微小形变的检测灵敏度很低。因此，其只能用于大的形变，如指节弯曲等的测量。由此，研制一款既具有较大检测范围又具有较高灵敏度的电阻式应变传感器成为新的研究热点。

发明内容

本发明提供一种应变传感器及其制备方法，以实现获得既具有较宽检测范围又具有较高灵敏度的应变传感器。

第一方面，本发明实施例提供了一种应变传感器，该应变传感器包括：

柔性基底、导电薄膜、第一电极以及第二电极；

柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；

导电薄膜位于具有多个凹坑状微结构的柔性基底一侧，导电薄膜背离柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相同的起伏结构；导电薄膜靠近柔性基底的一侧表面具有与多个凹坑状微结构相应的凸起结构；

第一电极和第二电极均设置于导电薄膜背离柔性基底的一侧，且第一电极和第二电极分别设置于导电薄膜的相对两端。

可选的，凹坑状微结构的直径范围为5μm-9μm，凹坑状微结构的深度范围为5μm-6.5μm，相邻凹坑状微结构之间的间距范围为6μm-20μm。

可选的，柔性基底包括基体材料和固化剂；基体材料和固化剂按照预设质量比混合制成。

可选的，基体材料包括聚二甲基硅氧烷PDMS或铂催化橡胶Ecoflex。

可选的，导电薄膜的材料包括金属或碳。

可选的，导电薄膜沿柔性基底与导电薄膜的层叠方向的厚度范围为50nm-120nm。

可选的，该应变传感器还包括第一封装结构和第二封装结构；第一封装结构覆盖第一电极，第二封装结构覆盖第二电极；第一封装结构的材料以及第二封装结构的材料均与柔性基底的材料相同。

第二方面，本发明实施例还提供了一种应变传感器的制备方法，该方法包括：

形成柔性基底；柔性基底的一侧具有多个凹坑状微结构；