[发明专利]一种柔性电容式压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种柔性电容式压力传感器及其制备方法，包括以下步骤：S10，选择传感器材料；S20，制备柔性基底；S30，对电极层或者介电层进行结构化处理，包括对上电极层的表面加入棱锥体微结构；S40，制备上下电极层；S50，将电极导线穿入电极薄膜中；S60，将制备的上电极层和下电极层交叉贴合放置，使二者上设置的电极阵列相互垂直，上电极层和下电极层之间设置介电层，在80摄氏度烘箱中放置2小时进行固化，取下即制得的三明治结构的柔性电容式压力传感器。本发明能够有效提升压力传感器的测压灵敏度性能，制备工艺简单，灵敏度较高，响应时间短。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，特别涉及柔性电容式压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前柔性电子技术的研究已经从起步阶段进入了实质性发展阶段，柔性电子技术行业也一直获得了深度关注。而柔性压力传感器在信息传输和采集方面具有良好的性能，是一类很重要的器件，能将外界感受的压力转化为电学、光学能够直接测量的信号数据，通过这些反映压力信号的大小分布情况。由于柔性具备的随意弯曲、体积小、厚度薄等特点，与人体皮肤的相容性较好，压力传感器还可以进行生理参数、环境特征和运动姿势等检测，所以柔性传感器在医疗设备、电子皮肤、可穿戴设备等方面有大量应用。

随着有机电子和电感测技术的飞速发展，柔性压力传感器的发展也取得了显著的进步。其具有优异的灵活性、具有大的弹性拉伸应变和良好的兼容性等特征，大量应用在人体运动检测、健康诊断等领域，对于信息测量的精度、灵敏度和稳定情况等各个性能参数的要求也在逐渐提高。目前柔性传感器在一些应用上表现出局限性，包括柔性不足，响应滞后，灵敏度较低和容易受到信号噪声的干扰等。目前的柔性压力传感器制备方法主要有以下几种：

在预拉伸的PDMS薄膜基底上通过真空沉积的方法磁控溅射Ag作为电极层，制备具有波浪形微结构的电极，中间介电层由聚二甲基硅氧烷/碳纳米管 (PDMS/CNT)的复合材料组成。此传感器的响应时间200ms，可用来检测手指压力的分布和位置信息。

利用仿生玫瑰花瓣制备微观凸起结构复制到柔性PDMS薄膜表面。首先将聚乙烯醇(PVA)溶液浇筑在玫瑰花瓣表面，剥离后得到与花瓣结构截然相反的凹陷PVA膜，将混合好的PDMS溶液旋涂在微结构PVA薄膜上，即再剥离后的结构与花瓣结构相吻合。将镀银铜纳米线(Cu-AgNWs)复制到PDMS膜表面，两片微结构导电膜对叠并封装好即为仿玫瑰微结构的柔性压力传感器。此传感器灵敏度较高，可用于语音识别、手腕脉搏检测等。

将混合PDMS和交联剂溶液涂覆在圆锥形凹槽结构阵列模具上，在70℃下加热30分钟，静置30分钟，将PDMS膜从模具上分离。将预处理后的碳纳米管在微孔过滤膜上形成预制碳纳米管薄膜。此传感器中间为碳纳米管薄膜，下电极层为圆锥形阵列结构的PDMS薄膜，上电极层为平滑的PDMS薄膜。此传感器提升了线性度，最小可感受到的压力达到1mN，具有低功耗的特点。

虽然上述柔性压力传感器可以感受到外界施加的压力作用，但仍存在着不足之处：基于波浪形结构的传感器稳定性能不够，适用于感应微小压力；基于仿生玫瑰花瓣结构的检测范围小，会出现响应滞后的现象；基于圆锥体结构的 PDMS传感器灵敏度不高，容易受到噪声干扰。

发明内容

基于此，有必要提供一种响应时间较短、灵敏度高且制备工艺较简单且制备成本低的柔性压力传感器。

为达到上述目的，本发明提供了柔性电容式压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S10，选择传感器材料；

S20，制备柔性基底，作为介电层；

S30，对电极层或者介电层进行结构化处理，包括对上电极层的表面加入棱锥体微结构；

S40，制备上下电极层；

S50，将电极导线穿入电极薄膜中；