[发明专利]一种石墨基压阻式柔性压力传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种石墨基压阻式柔性压力传感器及其制作方法，包括柔性基底一、微电机、柔性基底二、下层石墨薄膜、上层石墨薄膜、弹性绝缘微柱结构以及胶带。其中，制作方法如下：一、取下层石墨薄膜进行石墨薄膜表面弹性绝缘微柱结构工艺附着制备弹性绝缘微柱结构；二、利用石墨及弹性绝缘微柱结构转移方法对石墨以及弹性绝缘微柱结构转移至柔性基底一上；同时利用石墨及弹性绝缘微柱结构转移方法对柔性基底二表面的上层石墨薄膜进行转移；三、利用涂覆、蒸镀方法对柔性基底一两端制作微电极；四、将带有上层石墨薄膜的柔性基底二利用胶带组合粘贴在柔性基底一上。本发明具有以下有益效果：具有易于批量化、高灵敏、低成本的特点。

技术领域

本发明涉及一种压力传感器及其制作方法，特别涉及一种石墨基压阻式柔性压力传感器及其制作方法。

背景技术

人体内外普遍存在各种压力信息，主要包括眼压、声压、椎间盘压、冠状动脉血压、泌尿系统膀胱压力、脉搏跳动、心跳、呼吸等，而且这些压力信息是反应人体健康状态的重要指标。例如眼压信号就是青光眼患者的主要监测指标，大量临床数据表明，大部分青光眼患者在一天内会有较大的眼压波动，约有 52%-69%的青光眼患者的眼压峰值并不处在医院白天的上班时间，当患者眼球附近的压力持续或间断升高时，不能及时地监测眼压信号，会造成眼压超过眼球耐受的程度，从而将损害视神经，严重的将造成患者失明。根据 2016 年3 月的中国新闻网报道：目前我国青光眼的患病率为 2.6%，致盲率为 30%。因此实时监测人体压力信号是对人体疾病的诊治十分重要。目前医院常用检查眼压、血压、声压、泌尿系统膀胱压力等仪器尺寸较大，难以实现压力信号的实时监测。此外压力信号主要为超低压（＜1Pa）、微低压（1Pa～1kPa）以及低压（1～10kPa）的微小压力。因此，人体内外微小压力的实时测量对于人体健康监测及疾病诊治十分重要。

随着机械传感器技术不断进步，推动了压力传感器的发展。其中，压阻式压力传感器因具有结构简单、信号处理方便、集成和输出数据容易等特点，成为了微小压力测量的主要器件。压阻式压力传感器通常包括基底、敏感层和引线三个部分。由于基底和敏感层决定着传感器的柔韧性，并且由敏感材料组成的敏感层的压阻特性、导电能力等性能还影响着传感器灵敏度等性能，并且眼球、手腕、鼻腔、脖子等各种人体部分的表面都是弯曲面，需要高柔性的压力传感器才能实现测量。

公开号为CN109827700A的中国专利公开了一种双片式石墨基压阻式柔性压力传感器及其制作方法，这种双片式石墨基压阻式柔性压力传感器包括第一纸张以及与其相粘合的第二纸张，所述第一纸张表面与第二纸张表面均涂覆有石墨薄膜，所述第二纸张的上表面设有石墨微纳结构以及与石墨微纳结构相连的微电极。当压力作用在传感器上表面时，上层石墨薄膜会与带有微纳结构的石墨薄膜接触，从而引起其电阻率发生的变化，此外，石墨微纳结构还会受到压缩作用引起其能带变化，从而进一步引起其电阻率发生明显的变化（压阻特性），从而实现了高灵敏度的力传感。相比现有的柔性压力传感器，本发明利用低成本的石墨作为功能材料制作柔性压力传感器并通过微纳结构及微纳接触敏感的方式实现高灵敏的压力传感，降低其响应时间。

这种双片式石墨基压阻式柔性压力传感器主要是通过上层石墨薄膜与带有微纳结构的石墨薄膜接触，从而引起电阻率的变化。但在实际使用中存在以下问题：

（1）敏感原理方面，石墨基柔性压力传感器的敏感机制基本仅依靠石墨薄膜的压阻特性，由于石墨薄膜压阻因子不如碳纳米管等材料，因此石墨基柔性压力传感器的灵敏度也比部分纳米材料基压阻式柔性压力传感器低一个量级左右。

（2）结构方面，目前石墨基柔性压力传感器大多由纸张基底、薄膜状结构石墨和电极构成。由于纸张的柔韧性和可靠性有限，且潮湿环境等情况下易被破坏，从而限制了石墨基柔性压力传感器的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨基压阻式柔性压力传感器及其制作方法。这种石墨基压阻式柔性压力传感器具有高灵敏、低成本的特点，其传感器的制作方法具有能够批量化生产具有高灵敏、低成本的压阻式柔性传感器的效果。