[发明专利]一种柔性电容传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及柔性传感器领域，具体而言，涉及一种柔性电容传感器及其制备方法和应用。本发明的柔性电容传感器，包括介电层和柔性电极，所述柔性电极设置在所述介电层的表面，所述介电层包括柔性介电弹性体基底和无机高介电颗粒。本发明的柔性电容传感器具有较好的可拉伸性，同时具有良好的介电响应性能，通过添加无机高介电颗粒赋予传感器高基线的初始电容值，有助于提高传感器抵抗外界环境中pF级别的电磁干扰的能力，还拓宽了传感器的感应范围和应用领域。

技术领域

本发明涉及柔性传感器领域，具体而言，涉及一种柔性电容传感器及其制备方法和应用。

背景技术

柔性传感器随着人工智能、人机交互以及物联网的飞速发展，受到了广泛关注。电容式传感器以其结构简单、反应时间短以及不受温湿度等影响的优点在医疗康复、日常监测、生物识别等领域得到了广泛的研究和应用。

早期的电容传感器通常采用较硬的半导体材料和金属电极作为基体和电极，限制了其灵活性和应用场景。随着研究发现，介电弹性体薄膜具有良好的柔性和可拉伸性，能够承受很大的形变而不发生断裂。但是介电弹性体薄膜本身的介电常数较小，容易受到外界环境中的电磁干扰，影响传感器输出电容的稳定性和准确性。此外，传统的金属电极仅能承受1％-2％的形变，而且与介电弹性体之间存在严重的不匹配问题。

因此，开发出一种高传感范围，高线性度以及高信噪比的柔性电容传感器具有非常重要的意义和巨大的应用价值。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种柔性电容传感器，以解决目前电容传感器应用范围受限，非线性特点以及容易受到外界环境干扰的问题；本发明的柔性电容传感器具有高传感范围，高线性度以及高信噪比等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的柔性电容传感器的制备方法，该方法操作过程简单，实验过程易于控制，制膜效率高，适合规模化生产等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种所述的柔性电容传感器在人体关节角度的信号监测中的应用。具有较高的线性度和信噪比，能够稳定且准确输出随着人体关节角度增大的电容线性增长的变化数据曲线。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种柔性电容传感器，包括介电层和柔性电极，所述柔性电极设置在所述介电层的表面，所述介电层包括柔性介电弹性体基底和无机高介电颗粒。

优选地，所述柔性介电弹性体基底包括聚丙烯酸丁酯、聚氨酯和聚二甲基硅氧烷中的至少一种。

优选地，所述无机高介电颗粒包括钛酸钡、钛酸锶和钛酸锶钡中的至少一种。

优选地，所述柔性电极包括单壁碳纳米管电极、碳酯电极和银包铜电极中的至少一种；

优选地，所述柔性电极的面积为(10～30)mm×(10～40)mm。

优选地，所述无机高介电颗粒均匀分散于所述柔性介电弹性体基底中；

优选地，所述介电层的厚度为80～200μm，优选为80～150μm，更优选为80～100μm；

优选地，所述无机高介电颗粒和所述介电层的体积比为1：(3～12)。

如上所述的柔性电容传感器的制备方法，包括以下步骤：

将所述柔性电极粘附在所述介电层的表面；

所述介电层主要由所述无机高介电颗粒与所述柔性介电弹性体基底复合得到。

优选地，所述介电层的制备方法包括：将所述柔性介电弹性体基底的溶液和所述无机高介电颗粒的混合物进行干燥；

优选地，所述干燥的温度为50～70℃，所述干燥的时间为10～15h；