[发明专利]一种带凸半球结构的柔性压力传感器及其制备方法

说明书

本发明属于柔性传感器相关技术领域，其公开了一种带凸半球结构的柔性压力传感器及其制备方法，所述柔性压力传感器包括自上而下设置的第一电极基底、第一电极、离子凝胶介电层、第二电极及第二电极基底，所述第二电极基底远离所述第二电极的表面形成有仿人体表皮有棘层的凸半球结构。本发明利用仿人体皮肤有棘层的结构，通过传感器阵列上的改进来使得传感器的灵敏度得到进一步的提升，同时凸半球结构的存在也使得所述传感器能够感知物体表面的形状，并进一步提升了传感器的灵敏度，且通过对传感器的结构的改进实现了传感器受力时的应力再分布，使得传感器的性能得以提升。

技术领域

本发明属于柔性传感器阵列相关技术领域，更具体地，涉及一种带凸半球结构的柔性压力传感器及其制备方法。

背景技术

柔性传感器作为一种新兴的传感器，具有极大地应用潜力和研究价值，传统的刚性传感器由于其顺形能力差等特点，在具体的实际应用中存在一些问题。柔性压力传感器具有天然的顺形能力，其主体一般由可拉伸的软材料组成。当柔性压力传感器与软体机器人集成后，能够帮助软体机器人实现与环境的有效交互。另一方面，柔性传感器所使用的材料通常对人体无害，具有很好的生物相容性，因此可以作为医疗设备的一部分。

虽然柔性压力传感器在近些年得到了飞速的发展，但绝大多数的发展都停留于传感器材料和中间活性层微结构的创新，而基于传感器原始结构的创新尚且较少。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种带凸半球结构的柔性压力传感器及其制备方法，其利用仿人体皮肤有棘层的结构，通过传感器阵列结构上的改进来使得传感器的灵敏度得到进一步的提升，同时基于本发明的制备方法可以实现压力传感器的制备，同时凸半球结构的存在也使得所述传感器能够感知物体表面的形状，并进一步提升了传感器的灵敏度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种带凸半球结构的柔性压力传感器，所述柔性压力传感器包括自上而下设置的第一电极基底、第一电极、离子凝胶介电层、第二电极及第二电极基底，所述第二电极基底远离所述第二电极的表面形成有仿人体表皮有棘层的凸半球结构。

进一步地，所述第一电极包括设置在所述第一电极基底上的第一电极衬底及设置在所述第一电极衬底远离所述第一电极基底的表面上的第一铜电极阵列；所述第二电极包括设置在所述第二电极基底上的第二电极衬底及设置在所述第二电极衬底远离所述第二电极基底的表面上的第二铜电极阵列。

进一步地，所述第一铜电极阵列的厚度及所述第二铜电极阵列的厚度均为9微米。

进一步地，所述第一铜电极阵列中的相邻电容单元之间使用屈曲的铜线相连接。

进一步地，所述第一铜电极阵列中的电容单元的位置与所述第二铜电极阵列中的电容单元的位置分别相对应，且所述第一铜电极阵列与所述第二铜电极阵列呈正交重合。

按照本发明的另一个方面，提供了一种带半球结构的柔性压力传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

所述制备方法包括以下步骤：首先，在所述第一电极基底上制备第一电极，并将离子凝胶介电层设置在所述第一电极上，同时在在所述第二电极基底上制备第二电极；接着，将所述离子凝胶介电层设置在所述第二电极上，由此得到所述柔性压力传感器。

进一步地，选用柔性的PET薄膜作为制备的辅助材料，在PET薄膜上涂覆一层A、B液之间比例为10:1的聚二甲基硅氧烷前驱液，并将所述前驱液刮平整之后放入烘箱于75℃加热约15min至完全固化，由此得到第一电极基底；在所述第一电极基底上均匀地涂覆一层A:B两液质量比为30:1的聚二甲基硅氧烷的前驱液；接着，所述第一电极基底放入烘箱中半固化后取出，并涂覆上一层均匀的铜箔，再采用激光对铜箔进行图案化处理，以形成第一铜电极阵列。