[发明专利]一种压阻式柔性三维力传感器阵列及其制备方法

权利要求书

1.一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，包括力分解与封装层(1)、压力敏感层(2)和柔性电极层(3)，压力敏感层(2)设置于柔性电极层(3)上表面，力分解与封装层(1)设置于压力敏感层(2)上表面；

力分解与封装层(1)上表面具有呈阵列分布的凸起状结构；

压力敏感层(2)包括压力敏感单元(4)和柔性绝缘填充物，压力敏感层(2)在每个凸起状结构受力后的应力敏感部位下方的对应位置设有N个压力敏感单元(4)，其中N≥3，压力敏感单元(4)设置于柔性电极层(3)上表面，柔性绝缘填充物填充于力分解与封装层(1)与柔性电极层(3)之间；

柔性电极层(3)包括柔性基底和设置于柔性基底上的电极，每个压力敏感单元(4)与柔性基底之间均设有一对电极，电极上连接有电极引出线。

2.根据权利要求1所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，凸起状结构的形状为半球状结构、柱状结构或锥台状结构。

3.根据权利要求1所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，当凸起状结构底面为圆形时，N个压力敏感单元(4)沿凸起状结构底面的圆周均匀分布，N个压力敏感单元(4)的中心沿底面圆形均匀分布；

当凸起状结构底面为N边形时，N边形的每条边对应设置一个压力敏感单元(4)，N个压力敏感单元(4)中心与底面N边形每条边的中心重合。

4.根据权利要求1所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，压力敏感单元(4)上表面与力分解与封装层(1)下表面之间填充有柔性绝缘填充物。

5.根据权利要求1所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，每个压力敏感单元(4)中对应一对电极中的一个电极作为每个凸起状结构所有方位对应的压力敏感单元(4)的公共电极，每个压力敏感单元(4)中的另一个电极连接电极引出线。

6.根据权利要求1所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列，其特征在于，每个压力敏感单元(4)与柔性基底之间的一对电极采用叉指电极。

7.权利要求1-6任意一项所述的一种压阻式柔性三维力传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在基底上旋涂高分子聚合物，高分子聚合物固化后形成柔性电极层的柔性基底；

S2，在柔性基底上旋涂光刻胶，经过曝光显影后形成光刻胶掩模，然后沉积金属薄膜，利用剥离工艺得到图案化的电极结构，形成柔性电极层(3)；

S3，在柔性电极层(3)表面制备压力敏感单元(4)；

S4，再旋涂柔性绝缘填充物，使柔性绝缘填充物固化，形成压力敏感层(2)，然后将柔性电极层(3)和压力敏感层(4)从基底上揭下；

S5，制备力分解与封装层(1)，将力分解与封装层(1)与压力敏感层(2)粘接或键合，得到所述压阻式柔性三维力传感器阵列。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：

S3包括如下过程：

在柔性电极层(3)表面旋涂光刻胶，通过光刻工艺获得具有压力敏感单元(4)图形的光刻胶结构；将导电聚合物复合材料刮涂在光刻胶上，加热固化后去除光刻胶，得到压力敏感单元(4)；

或者S3的过程包括：

采用丝网印刷工艺将导电聚合物复合材料制备在柔性电极层(3)表面；加热固化，得到压力敏感单元(4)。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于：

S1中，高分子聚合物包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸类塑料或聚二甲基硅氧烷；

S2中，金属薄膜采用Au膜、Cu膜或Ag膜，厚度为100-1000nm；

S3中，压力敏感单元(4)为多壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷制成的导电聚合物复合材料；

S4中，柔性绝缘填充物采用聚二甲基硅氧烷；

S5中，力分解与封装层(1)通过在对应形状的凹模上旋涂与固化聚二甲基硅氧烷的方式制备。