[发明专利]一种柔性薄膜压力传感器的制备方法

说明书

一种柔性薄膜压力传感器的制备方法，属于压力传感器制备技术领域。包括：1)在柔性基板上形成电极层；2)将导电填料加入有机溶剂中，混合均匀，得到混合液A；然后，在混合液A中加入高分子基体材料和改性剂，混合均匀，得到浆料；3)搅拌，得到的复合浆料采用丝网印刷的方法涂覆于带电极层的柔性基板上，得到具有表面微结构的敏感层；4)将两个带敏感层和电极层的柔性基板相对放置，封装，得到所述柔性薄膜压力传感器。本发明得到的柔性薄膜压力传感器，灵敏度高(5kPa^‑1)，测量范围宽(50Pa～1.5MPa)，响应时间短(5～30ms)，在电子皮肤、人体生物信号检测、振动信号检测方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及柔性薄膜压力传感器技术，具体涉及一种具有高灵敏度、宽测量范围、低响应时间与良好稳定性的柔性薄膜压力传感器的制备方法。该传感器可用于电子皮肤、人机交互感知、智能穿戴设备等领域。

背景技术

近年来，可穿戴传感器引起了人们的广泛关注。这是一种可以穿戴在人身上的柔性传感器，用来检测人体信号包括脉搏、声音、形体变化等生理信号。柔性压力传感器作为可穿戴传感器的一个重要组成部分，也受到了国内外研究人员的关注。

基于逾渗导电理论模型和电流隧道理论模型的高分子导电复合材料(ConductivePolymer Composites，CPCs)是一种重要的压阻式柔性压力传感器的敏感材料，这类材料具有良好的压阻响应，但是由于高分子材料的限制，这种压阻敏感材料无法具有很高的灵敏度(0.1kPa^-1)，也无法感知小于1kPa的压力，如手腕脉搏振动，声音振动等。

为了提高传感器的灵敏度，在高分子材料表面制备微结构，靠微结构之间的接触电阻而使得传感器具有压阻特性的方法被提了出来。目前普遍使用的方法有：采用被刻蚀过的硅片或者带有微结构的叶片等作为模具，将柔性高分子材料如PDMS(聚二甲基硅氧烷)涂覆在模具上，固化后剥离，在高分子材料上形成微结构，而后在微结构上附着一层导电薄膜如石墨烯层；或者在光滑的柔性高分子基片表面使用激光刻蚀或者臭氧/紫外线刻蚀的方法在基片表面形成微结构，同样在微结构表面附着一层导电薄膜。上述利用微结构间接触电阻变化原理的传感器大多具备良好的灵敏度(1kPa^-1)，最小能够感知到5Pa大小的压力。但是这些传感器的测量范围一般都很小(5Pa～50KPa)。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术存在的缺陷，提出一种具有高灵敏度(5kPa^-1)、宽测量范围(50Pa～1.5MPa)的柔性薄膜压力传感器的制备方法。本发明基于丝网印刷工艺，以改性过的导电高分子复合浆料为丝印浆料，通过对丝网印刷浆料的改性和对丝网印刷工艺的调整，提出了一种可以通过丝网印刷工艺印制出具有表面微结构的导电高分子复合材料敏感层的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种柔性薄膜压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在柔性基板上形成电极层；

步骤2、在步骤1得到的带电极层的柔性基板上形成具有表面微结构的导电高分子复合材料敏感层；

2.1将导电填料加入有机溶剂中，混合均匀，得到混合液A；其中，导电填料与有机溶剂的质量比为1：(10～50)；

2.2在步骤2.1得到的混合液A中加入高分子基体材料和改性剂，混合均匀，得到浆料；其中，所述高分子基体材料、步骤2.1所述导电填料与改性剂的质量比为1：(0.01～0.07)：(0.05～0.3)；

2.3将步骤2.2得到的浆料置于通风橱内，以100rad/min的速度敞口搅拌2～24h，浆料内的有机溶剂挥发，即可得到印制表面微结构的导电高分子复合浆料；