[发明专利]一种可穿戴柔性电容式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种可穿戴柔性电容式压力传感器及其制备方法。其结构包括；上层电极，介电层，底电极，导线；所述上层电极和底电极由聚酰亚胺基质和电极组成，所述导线附在聚酰亚胺基板上与电极相接；所述介电层由可压缩的聚合物基质及导电填料混合组成，其中聚合物基质具有内部微结构；所述石墨烯气凝胶为导电填料应用于柔性电容式压力传感器的介电层中。与现有技术相比，本发明提出基于电子皮肤技术的电容压力传感器结构，提高压力传感器的电容值增加传感器的灵敏度，广泛应用于电子皮肤作为可穿戴电子设备对人身体健康进行监测。

技术领域

本发明涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种可穿戴柔性电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术

电子皮肤和柔性可穿戴设备是柔性电子技术的两个重要组成部分，人们对人工智能、人机界面和假肢皮肤的兴趣带动了电子皮肤的发展。柔性可穿戴设备在医疗健康等护理方面有很大潜力，而高性能柔性传感器是实现电子皮肤和可穿戴设备的关键。

柔性压力传感器已经广泛用于电子皮肤，人工智能和可穿戴设备等应用中，具有轻便，高灵敏度，宽压力范围，低检测限，低成本和可扩展特性的压力传感器在当前和未来的便携式和可穿戴设备中是非常需要的。

其中灵敏度是压力传感器的基本要素。将外部压力信号转换为电信号主要有三种转换机制，即压阻，电容和压电，与压电传感器相比，压阻和电容传感器的转换原理要更容易理解，制造过程也相对简单。

压阻式和电容式的研究有很多相似之处，但压阻式压力传感器的灵敏度相对较高，而电容式压力传感器具有更快的响应时间和更低的功耗等优良特点。

研究人员在提高柔性电容式压力传感器的灵敏度方面作了很多的努力，因此电容式压力传感器具有更大的研究潜力，并得到了广泛的应用。

由于施加的机械力的传导机制，柔性电容式压力传感器的性能取决于两个电极之间的距离以及介电层的介电常数。为了提高灵敏度等感测性能，已经研究了一些有效方法，包括在绝缘弹性介质层中掺杂填料，将有序的微结构引入介质层，又或改变电介质的内部微结构。

将导电填料掺入绝缘弹性聚合物基质中获得聚合物复合材料具有机械柔韧性，可压缩性，轻便性等优势。在各种导电填料中，石墨烯因其本身优异的电学，力学，热学等性质和良好的柔性赋予了柔性电容式压力传感器高灵敏度和优异的稳定性。但分散在聚合物中的石墨烯材料容易发生团聚而导致比表面积降低从而影响传感器的性能。

石墨烯气凝胶(GA)是一种典型的三维石墨烯材料，具备了石墨烯高的比表面积以及高导电率的优点，同时也具有气凝胶低密度和高孔隙率的特性。GA独特的三维结构能够有效克服石墨烯片间易发生团聚的缺点，但现有的研究中，很少将石墨烯气凝胶作为一种导电填料应用在电容式压力传感器的介电层中。

因此探索一种新型的柔性电容式压力传感器，以实现高灵敏度，低检测限，大的工作区间以及良好的稳定性。

发明内容

为了提高灵敏度等感测性能，本发明旨在于提供一种可穿戴柔性电容式压力传感器及其制备方法。本发明采用导电填料掺入绝缘弹性聚合物基质中获得聚合物复合材料具有机械柔韧性，可压缩性，轻便性等优势。将石墨烯气凝胶作为一种导电填料，应用于柔性电容式压力传感器的介电层，并以孔隙的方式构建了传感器介质层内部微结构，同时提出传感器的制备方法。制备出的柔性电容式压力传感器具有优秀的灵敏度，宽的工作区间，长使用寿命和稳定性的特点。

本发明的第一目的，是一种可穿戴柔性电容式压力传感器。

本发明的第二目的，是提供上述一种可穿戴柔性电容式压力传感器的制备方法。

为实现上述目的，本发明公开了下述技术方案；