[发明专利]一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及传感器领域，公开了一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法，传感器包括设有叉指型阵列电极和导线的电极板、柔性基板和位于电极板和柔性基板之间的阵列压敏层和绝缘胶层，叉指型阵列电极包括若干含有相同叉指电极的阵列单元，导线包括行导线和列导线，各叉指电极的两端分别与行导线和列导线相连接，其制备方法包括如下步骤：采用丝网印刷工艺制备电极板；制备压敏复合材料；采用丝网印刷工艺将未固化的压敏复合材料印刷在电极板上的阵列单元处，形成阵列压敏层；将电极板和柔性基板通过绝缘胶贴合。本发明工艺简单，效率较高，成本低廉，且制备出的大面积高密度柔性阵列传感器灵敏度高、稳定性好、压力感知范围大。

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法。

背景技术

随着科学技术和现代化水平的提升，人们对压力的监测要求越来越高，不再局限于对规整刚性表面的压力监测，形式也多种多样，普通的刚性传感器已无法达到人们的实际需求。柔性压力传感器由于其可随意弯曲甚至折叠，体积小，厚度薄，柔性材料基本无毒无害，与人体具有良好的相容性，近年来在医疗设备，智能机器人仿生皮肤，可穿戴设备等领域得到了大量的研究与应用。

近年来，随着机器人仿生皮肤、柔性可穿戴设备等领域飞速发展，人们对大面积高密度柔性传感器阵列的需求不断提升，虽然柔性压力传感器技术近年来得到了长足的发展，但是对大面积柔性阵列传感器的研究较少。

在大面积集成应用中，目前一般采用软光刻工艺，例如，在中国专利文献上公开的“一种柔性可穿戴电阻式应变传感器及其制备方法”，其公告号CN108267078A，电阻式应变传感器包括柔性基底、传感层、电极层以及保护层。该传感器相对于其它同类型传感器而言，具有快速大面积制备、稳定性好、灵敏度高、操作简便等特点。

但采用传统光刻工艺的传感器，材料利用率低，制作成本过高，且大面积集成时，如果阵列密度较高，就会导致效率太低，制备难度过大，限制了其应用。

且现有技术中的大面积柔性阵列传感器通常采用上下极板中间夹着压敏层的“三明治”结构，三明治结构的传感器在封装时上下极板必须精确对齐，对工艺要求较高，降低了传感器的封装效率，如果没有对齐则会影响传感器的性能。

发明内容

本发明的第一个发明目的是为了克服现有技术中采用传统光刻工艺制备大面积柔性阵列传感器时，材料利用率低，制作成本过高，大面积集成时，如果阵列密度较高，就会导致效率太低，制备难度过大的问题，提供一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法，采用全丝网印刷工艺制备，工艺简单，效率较高，成本低廉，且制备出的大面积柔性阵列传感器灵敏度高、稳定性好、压力感知范围大。

本发明的第二个发明目的是为了克服现有技术中采用“三明治”结构的传感器在封装时上下极板必须精确对齐，对工艺要求较高，降低了传感器的封装效率，如果没有对齐则会影响传感器的性能的问题，提供一种叉指型大面积柔性阵列传感器及其制备方法，传感器中采用叉指电极，可以将电极制作在同一个基底材料上，避免了上下电极阵列精确对位的工艺流程，提高了装配效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种叉指型大面积柔性阵列传感器制备方法，包括如下步骤：

(1)制备电极板：采用丝网印刷工艺将电极材料印刷在基底材料上，在基底材料上形成包含若干阵列单元的叉指型阵列电极和导线，干燥后制得电极板；

(2)制备压敏复合材料：以重量份计，将导电粒子、5-20份纳米SiO₂和15-40份硅烷偶联剂Si-69分散在85-115份溶剂中形成分散液；在分散液中加入350-450份硅橡胶，搅拌均匀后得到混合液；将混合液真空干燥20-30min后得到未固化的压敏复合材料，所述导电粒子包括20-75份炭黑和5-25份碳纳米管；