[发明专利]基于裂纹阵列结构的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于裂纹阵列结构的柔性压力传感器及其制备方法，所述柔性压力传感器，包括，由上而下依次排列的：柔性上盖、上柔性基底、上导电层、下导电层、下柔性基底和柔性下盖；所述上柔性基底与所述上导电层相对的一面具有裂纹阵列反结构；所述下柔性基底与所述下导电层相对的一面具有裂纹阵列结构；所述上导电层设有上电极，所述下导电层设有下电极；所述上电极和所述下电极不相交。所述柔性上盖、上柔性基底、下柔性基底和柔性下盖均采用柔性材料。上述柔性压力传感器通利用在外部压力作用下柔性基底表面裂纹阵列结构与裂纹阵列反结构接触面积变化来改变电阻的特性，从而提高灵敏度与可靠性。

技术领域

本发明涉及柔性压力传感器技术，尤其涉及基于裂纹阵列结构的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

作为物联网系统感知层中的重要组成部分，传感器在现代测量、信息交互和自动化生产过程中占有至关重要的地位。传感器作为信息获取的源头，在一定程度上是决定系统特性和性能指标的先决部件。随着现代化技术的进步和人工智能的飞速发展，人们对周围环境信息采集的深度与广度不断提升，刚性传感器难以满足人类正常的生产和生活需求，因此柔性压力传感器应运而生。

柔性压力传感器是一种将敏感体受到的力，例如压力、张力、拉力、应力等，转换成电学信号的柔性电子器件，能够共形附着于各种不规则物体表面，非常方便地对特殊环境和信号进行精确快捷测量，并在人体体征检（监）测、智能人机交互、智能机器人、智能蒙皮等领域存在广泛的应用前景，从而逐渐受到了人们的关注。根据信号转换机理，压力传感器主要分为电阻式传感器、电容式传感器和压电式传感器。相比于其他两种，电阻式传感器具有器件结构简单，检测电阻稳定，灵敏度较高等优点。为了能够与待检测对象形性复杂、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，实际工况需求对柔性压力传感器的各项性能指标，特别是灵敏性和稳定性，也越来越严格。然而，传统的大体积多功能传感器难以满足以上所述的要求。因而，开发高性能柔性压力传感器成为柔性电子领域的重要前沿课题之一。

目前，柔性压力传感器的制作方法主要是利用紫外光刻等加工技术来制备有微纳结构的基底，在基底上覆盖导电活性物质，从而提高压力传感器灵敏度、可靠性。现有技术中，微纳结构的柔性压力传感器主要方法是基于规则金字塔状、凸包状和规则裂缝状柔性压力传感器。这种基于裂纹式的柔性压力传感器的工作原理为：柔性基底在外部微弱载荷的作用下，诱导上下柔性基底间表面裂缝接触区域面积发生改变从而引起电阻变化。但是，这些微纳结构虽然赋予传感器比较高的灵敏度和可靠性，但是加工模板过程中涉及到的腐蚀、光刻、氧化、纳米压印、溅射等一系列工艺，存在设备依赖性高、技术难度大、制作成本高等缺点，大大限制了其实际应用与推广。另外，最低检测的压力极限亟待进一步优化。此外，针对基于微纳米尺度裂纹结构研发的电阻式柔性压力传感器均是以破坏材料自身结构的方式来实现裂纹的产生，严重影响传感器的正常使用寿命。

因此，提出一种基于表面规则裂纹结构的压力传感器及其低成本、简易的可控制备方法，可以保证压力传感器灵敏性和可靠性，实现商业化大面积应用是非常必要的。

发明内容

（一）发明目的

本发明目的在于解决现有柔性压力传感器加工制备困难、技术要求高等缺点，提供一种规则裂纹阵列结构电阻式柔性压力传感器及其制备方法，制备工艺简单、生产成本低，能够形成排列有序、单元几何尺寸均匀一致的裂纹阵列。同时，所得柔性压力传感器灵敏度高、可靠性强，在人体运动检测、生命体征监测方面有较大潜力。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种基于裂纹阵列结构的柔性压力传感器，包括，

由上而下依次排列的：柔性上盖、上柔性基底、上导电层、下导电层、下柔性基底和柔性下盖；

所述上柔性基底与所述上导电层相对的一面具有裂纹阵列结构；