[发明专利]一种柔性传感器、其制备方法与使用方法

说明书

本发明提供了一种柔性传感器及其制备方法与使用方法。该柔性传感器包括柔性且不导电的基底，可流动的压力敏感材料与电极；基底设置沟道，可流动的压力敏感材料填充在沟道中，与设置在沟道两端的电极形成电连接；并且，在柔性基底厚度方向该沟道呈不对称结构。该柔性基底结构简单，使用方法，受力弯曲时，通过检测电极两端的电信号变化，不仅可获得弯曲角度，而且可获得弯曲方向。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，具体涉及一种柔性传感器、其制备方法与使用方法。

背景技术

随着柔性电子学及可穿戴设备的发展，应力传感器越来越受到人们的关注。

传统的压力传感器可以分为压电式、电容式、压阻式等几大类。压电式压力传感器是根据压电效应制成的传感器，具有结构简单、重复性好、精度较高、灵敏度好、动态范围宽、机械性能优良等优点，但是存在信号采集电路复杂、成本高等不足。电容式压力传感器利用电容量随压力改变而变化的原理实现外界压力的检测，具有结构简单、功耗低、线性度好、体积小等优点。但是，电容式应力传感器易受到连接导线中的寄生电容影响，因此对测量电路要求较高。压阻式压力传感器利用金属或者半导体的电阻随外界压力的变化而变化的原理进行工作。目前应用的压阻式压力传感器主要是硅基压力传感器，具有应用广泛、动态范围宽、利于集成等优点。

在实际应用中，待测体往往发生拉伸、压缩、弯曲等形变，弯曲形变时相对于初始状态存在不同的弯曲方向，例如，初始时待测体水平放置，弯曲时存在向上弯曲或者向下弯曲。因此，不仅能够探测弯曲角度，而且能够探测弯曲方向的传感器将大大提高探测灵敏度。

发明内容

本发明提供一种柔性传感器，不仅可以探测弯曲角度，而且可以探测弯曲方向。

本发明的技术方案是：一种柔性传感器，包括柔性且不导电的基底，可流动的压力敏感材料与电极；

所述基底设置沟道，可流动的压力敏感材料填充在所述沟道中，与设置在沟道两端的电极形成电连接；

与所述基底的厚度方向垂直的截面称为横截面，位于所述基底的二分之一厚度位置的横截面为中轴横截面，中轴横截面将所述基底分为上下两部分；所述沟道位于基底的上部分。

所述基底具有柔韧性，可发生拉伸、弯曲等形变，并且所述基底不导电。构成所述基底的材料不限，可以是具有柔韧性的高分子材料，例如聚二甲基硅氧烷 (PDMS)、聚氨酯(PU)、聚酰亚胺(PI)等。

所述压力敏感材料具有导电性，其材料不限，可以是离子液体、液态金属、以及生理盐水等，优选为液态金属。

所述电极具有导电性，其材料不限，可以是金属材料，例如铜丝、金丝或者银丝等。

所述沟道位于基底的上部分，即，沿基底厚度方向，沟道仅位于基底一侧，呈不对称结构。作为优选，所述沟道远离中轴横截面。

所述基底的厚度不限，可以是微米级，也可以是毫米级，可以根据实际应用需求合理选择。

所述沟道形状不限，可以是直线形、折线形、曲线性中的一种或者几种的组合。

作为优选，所述基底的厚度毫米量级，作为进一步优选，所述基底的厚度为1 毫米-5毫米。

作为优选，所述沟道的宽度为微米量级，深度为微米量级，长度为毫米量级。作为进一步优选，所述沟道的宽度为50微米-500微米，深度为50微米-200微米，长度为10毫米-100毫米。

本发明还提供一种制备上述柔性传感器的方法，具体是：制备基底与沟道，在沟道中注入可流动的压力敏感材料，然后在沟道两端连接电极。

作为一种实现方式，采用3D打印的方法制备基底与沟道。作为优选，将液态的基底材料逐层固化，在沟道结构位置不固化而保持液态的方法进行3D打印，然后抽出其中液态的基底材料，得到基底与沟道。