[发明专利]一种基于弹性微珠的电容型压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于弹性微珠的电容型压力传感器及其制备方法，该电容型压力传感器结构包括基底、电极层、介电层，在第一介电层和第二介电层之间设置有多个弹性微珠，弹性微珠材料为聚二甲基硅氧烷，在电容型压力传感器的介电层中引入弹性微珠，增加了介电层中的空气间隙，减小了介电层的杨氏模量，同时使传感器受到压力时内部应力集中分布于弹性微珠，器件更容易发生形变，进而提高电容型压力传感器的灵敏度和检测范围，结果表明，本发明提供的基于弹性微珠的电容型压力传感器在0‑10kPa下灵敏度为0.0479kPa^‑1，是介电层为平面结构的电容型压力传感器灵敏度的9倍，在10‑100kPa下灵敏度为0.0066kPa^‑1，传感器的压敏特性确实得到了有效提升，该传感器制备工艺简单且经济。

技术领域

本发明属于压力传感器领域，具体涉及一种基于弹性微珠的电容型压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器指能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，广泛应用于生物医学、电子皮肤、运动检测等领域，电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器，具有结构简单、能耗低、稳定性好和响应速度快等优点。

不同的应用场景对压力传感器的性能需求不同，对于人体脉搏、呼吸等微小生理信号及运动的检测，要求压力传感器能够在低压力范围(10kPa)具有高灵敏度和快响应速度，对于人体关节弯曲和肌肉运动的检测则要求压力传感器能够在大压力范围(10-100kPa)内正常工作，传统的电容型压力传感器的电极与介电层均采用平面结构，存在着灵敏度低、检测范围窄、响应速度慢等缺点，而相关一些研究试图对电容型压力传感器的电极或介电层进行微结构化，来提升传感器的压敏特性，但效果都不是很好，无法满足相关应用需求。

发明内容

本发明的目的在于：为解决以上现有技术中电容型压力传感器存在的技术问题，本发明提供了一种基于弹性微珠的电容型压力传感器，弹性微珠材料为聚二甲基硅氧烷，其杨氏模量为750kPa，在电容型压力传感器的介电层中引入弹性微珠，增加介电层中的空气间隙，以减小介电层的杨氏模量，同时使传感器受到压力时内部应力集中分布于弹性微珠，器件更容易发生形变，进而提高电容型压力传感器的灵敏度和检测范围。

本发明采用的技术方案如下：一种基于弹性微珠的电容型压力传感器，该电容型压力传感器结构包括基底、电极层、介电层及弹性微珠，所述基底包括第一基底、第二基底，所述电极层包括第一电极层、第二电极层，所述介电层包括第一介电层、第二介电层，所述传感器结构的部件由内到外设置的顺序依次为介电层、电极层、基底，第一介电层、第二介电层设置在最内层，第一电极层、第二电极层设置在次外层，第一基底、第二基底设置在最外层，所述弹性微珠设置在第一介电层和第二介电层之间，且与第一介电层和第二介电层相连。

进一步地，所述弹性微珠的数量设置为多个，且弹性微珠之间设置有空气间隙。

优选地，所述弹性微珠的具体材质为固态聚二甲基硅氧烷，所述弹性微珠的直径为50-500μm。

优选地，第一基底和第二基底的材料为聚二甲基硅氧烷。

优选地，第一电极层和第二电极层的材料为导电银浆。

优选地，第一介电层和第二介电层的材料为硅胶，硅胶的产品型号为Ecoflex-0030。

具体地，本发明通过在电容型压力传感器的介电层中引入弹性微珠，增加介电层中的空气间隙，以减小介电层的杨氏模量，同时使传感器受到压力时内部应力集中分布于弹性微珠，器件更容易发生形变，进而提高电容型压力传感器的灵敏度和检测范围。

一种基于弹性微珠的电容型压力传感器的制备方法，具体步骤如下：

1)将聚二甲基硅氧烷主剂与固化剂按质量比10:1混合均匀，真空脱气；