[发明专利]一种电容式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明属于电容式压力传感器技术领域，尤其涉及一种电容式压力传感器及其制备方法所述传感器包括：电极、离子凝胶介质层和导线；所述电极由表面设置有银纳米线层的基板构成；所述银纳米线层中埋设有延伸到银纳米线层外部的导线；所述离子凝胶介质层在所述顶部电极、底部电极上的银纳米线层表面均有设置；所述离子凝胶介质层的结构为：基底层表面分布有柱状的离子凝胶；所述离子凝胶介质层中的基底层设置在一电极的银纳米线层上，所述另一电极的银纳米线层设置在离子凝胶介质层中的柱状的离子凝胶上。本发明制备的传感器灵敏度高、迟滞小、可重复性好，可广泛应用于电子皮肤、可穿戴产品、植入设备及多功能传感器系统中。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性电子技术是将电子元器件集成在柔性可延展塑料或薄金属基板上的新兴电子技术，相对于传统的无机刚性电子器件，柔性电子器件在适用性、便携性及舒适性等方面具有独特的优势。柔性应力传感器以信号传导的形式将生理活动信号转换为可视的电信号，具有轻薄便携、电学性能优异和集成度高等特点。在众多类型的应力传感器中，电容式应力传感器具有较高的响应速度和动态范围，对力的敏感性高，可以实现低能耗检测微小的静态力，在人体健康监测、生物医学、智能服装、可穿戴显示器和柔性电子皮肤等方面有着巨大的潜力。

虽然以半导体和金属箔为基础的传统应变传感器在成本上有一定优势，且具有较大的介电常数，但大多缺乏柔韧性，不易弯曲，造成检测范围窄，较难适用于多种场合。与之相比弹性高分子材料具有柔软、轻便、透明、延展性等特性，可以良好的适用于智能化领域，然而对于常用的柔性材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺(PI)、聚苯乙烯(PS)等，它们虽然具有良好的柔韧性与可拉伸性，但这些柔性材料的介电常数通常较低，因此我们需要通过将导电相(碳纤维、碳纳米管、炭黑、金属颗粒等)掺入到柔性材料中构成复合材料，以提高器件的灵敏度。但由于这些导电相在掺杂过程中并不能均匀的分散在柔性材料中，造成介电常数的分布不均匀，极大的影响器件的性能，并且导电相的制备成本高昂，并不适用于未来工业化生产。

此外，通过改变器件结构上的设计也可以提高传感器的灵敏度。有些研究人员利用简单、低成本的方法制备多孔结构应力传感器，器件在受到外部应力后，孔中空气容易被挤压出来，介质层厚度减小，灵敏度得到提高。然而，气孔的设计依赖于一定的制造工艺，可能会造成器件之间性能的差异。为了制备规则的微结构，可以利用光刻工艺制备光刻模具，实现有序排列的微结构阵列，但随着光刻尺寸的降低，成本将指数增长，并且工艺复杂、耗时，并不适合大规模生产。为降低成本并且得到有序阵列，可以采用呼吸图法制备微结构模具，这种方法利用在潮湿空气中蒸发溶剂，水滴在表面凝结成核生长，形成六边形阵列，在水滴完全蒸发后，在剩余聚合物膜中留下蜂窝状孔洞。但实验过程是一个非等温、非平衡态过程，实验中影响结果的变量很多，包括聚合物的化学性质和结构、选择的有机溶剂与衬底、环境温度与湿度等，因此其制备过程十分复杂，需经过大量实验来得到一个最佳的制备过程，同样难以得到广泛应用。

综上，本发明认为：尽管研究人员目前探索出了各种巧妙的方法用于制备高灵敏度的柔性传感器，但在传感器介质层的制作及微结构设计中大多都依赖贵金属掺杂、硅基板刻蚀、柔性衬底表面等离子体处理等高成本、高能耗的制造工艺，很难实现大面积的制备，而简单、低廉的制备方法又无法使器件达到理想的性能，从而限制了它们在实际中的应用。

发明内容